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Guide technique Cours d'eau et ponts

Sétra
service d'Études
techniques
des routes
et autoroutes
juillet 2007
Guide technique
Cours d’eau et ponts
Guide technique
Cours d’eau et ponts
collection les outils
Document édité par le Sétra dans la collection "les outils".
Cette collection regroupe les guides, logiciels, supports
pédagogiques, catalogues, données documentaires et annuaires.
Ce guide technique a été réalisé par 6 groupes de
travail (un pour chaque partie) constitués par des
représentants :
• du ministère de l’Écologie et du Développement
durable (Medd),
• du Réseau Scientifique et Technique du ministère
de l’Équipement (Rst) : Cetmef (Centres d’Études
Techniques Maritimes et Fluviales), Cete (Centres
d’Études techniques de l’Équipement), Sétra (service
d’Études techniques des routes et autoroutes).
L’harmonisation et la mise en forme ont été assurées
par Caroline Picot (Sétra).
Composition des groupes de travail :
Remerciements pour leur large contribution :
• Manuel Le Moine (Dde de l’Eure)
• Yvon Meuric (Sétra)
• Pierre Corfdir (Cete de l’Est)
• Fabien Renaudin (Cete de l’Est)
Partie 1
• Eric Delahaye (Cete Nord-Picardie)
• Gilles Lacoste (Sétra)
• Pierrick Esnault (Sétra)
Partie 2
• David Goutx (Cete Normandie-Centre, Laboratoire
de Blois)
• Patrick Chassé (Cete Méditerranée)
Partie 3
• Jean Abèle (Medd)
• Jean-Claude Jouanneau (Cete Normandie-Centre,
Laboratoire de Blois)
• José-Luis Delgado (Cete Méditerranée)
• Jacques Hurtevent (Cete Méditerranée)
• Gilbert Haïun (Sétra)
Partie 4
• Christophe Charrier (Cete de Lyon)
• Josiane Seguier (Cete Méditerranée)
• Damien Legleye (Cete de Lyon, Laboratoire de
Clermont-Ferrand)
• Marc Gigleux (Cete de l’Est)
Partie 5
• Stéphanie Poligot-Pitsch (Cetmef )
• David Goutx (Cete Normandie-Centre, Laboratoire
de Blois)
Partie 6
• André Antoine (Cete du Sud-Ouest)
• Pierrick Esnault (Sétra)
Cours d’eau et ponts
Son contenu a fait l’objet d’une enquête de validation
auprès de l’ensemble des rédacteurs ainsi que des
représentants du Rst, des Services Navigation et de
la maîtrise d’œuvre en Directions Départementales
de l’Équipement.
Visuels titres parties - crédit photos : G. Forquet (Sétra) ; L. Mignaux (Medd).
Sommaire
Introduction
5
Partie 1 - Généralités
7
1.1 - Notions fondamentales sur les cours d’eau
8
1.2 - Incidences des ponts sur les cours d’eau
11
1.3 - Incidence des aménagements des cours d’eau sur les ponts
12
1.4 - Cas particuliers des cours d’eau navigables
12
1.5 - Démarche pour la conduite d’une étude hydraulique
13
Partie 2 - Hydraulique et ponts
15
2.1 - Notions d’hydrologie
16
2.2 - Notions d’hydraulique21
2.3 - Incidences des ponts sur les écoulements liquides
31
2.4 - Risques hydrauliques encourus par les ouvrages
38
Partie 3 - Morphodynamique et ponts
43
3.1 - Notions de morphodynamique
44
3.2 - Incidences des ponts sur la morphodynamique
55
3.3 - Protection des ouvrages contre l’érosion
62
Partie 4 - Écosystèmes aquatiques et ponts
67
4.1 - Notions générales d’hydroécologie
68
4.2 - Perturbations apportées par les ponts aux écosystèmes aquatiques
75
Partie 5 - Navigation fluviale et ponts
83
5.1 - Notions sur la navigation
84
5.2 - Incidence du pont sur la navigation
91
5.3 - Incidence de la navigation sur la conception des ponts
91
5.4 - Signalisation
97
5.5 - Exemples
98
Partie 6 - Prise en compte du cours d’eau, du projet à l’exploitation
99
6.1 - Réglementation et recommandations pour la prise en compte du cours d’eau dans l’étude d’un ouvrage d’art
100
6.2 - Méthodologie de l’étude hydrologique
108
6.3 - Avant projet routier étude préliminaire d’ouvrage d’art (phase 1)
111
6.4 - Avant-projet d’ouvrage d’art (phase 2)
113
6.5 - Projet détaillé (phase 3)
113
6.6 - Données nécessaires à une étude hydraulique
114
6.7 - Chantier
118
6.8 - Exploitation
120
6.9 - Interlocuteurs
122
Annexes
123
Annexe 3.1 - Étude de cas - Protection d’un pont contre les risques d’affouillement et de contournement Le Logone à Moundou
124
Annexe 3.2 - Détail pour le dimensionnement des protections en enrochement 127
Annexe 3.3 - Les protections transversales - Les épis
134
Annexe 3.4 - Estimation des risques d’affouillement en pied des appuis d’un pont
(par la formule de H.N.C. Breusers et Al.)
141
Annexe 3.5 - RN 94 - Projet de déviation d’Embrun (05) - Ouvrage de franchissement de la Durance - Étude
morphodynamique (2000-2005)
143
Annexe 5.1 - Calcul des protections dues aux jets d’hélice
146
Annexe 5.2 - Note de calcul des protections des appuis provisoires du viaduc de Richemond
149
Références bibliographiques
169
Glossaire des termes techniques
172
Cours d’eau et ponts
Introduction
De tout temps et de plus en plus fréquemment,
de fortes pluies de courte durée ou des épisodes
pluvieux pouvant durer plusieurs jours entraînent
des désordres considérables pour les populations et
les infrastructures.
Les plus médiatisées sont les inondations provoquées
par les rivières ou torrents des régions méditerranéennes
dont les vitesses de montée en crue varient de quelques
dizaines de minutes à plusieurs heures.
Ces phénomènes météorologiques ont également
d’autres conséquences, aussi dramatiques, comme
les coulées de boue ou les instabilités de pentes.
De nombreux facteurs contribuent à l’ampleur des
phénomènes et des dégâts, dont beaucoup sont
imputables à l’urbanisation du lit majeur des cours
d’eau.
Les ouvrages d’art sont particulièrement concernés par
ces phénomènes et peuvent subir de graves désordres,
notamment en raison d’affouillements importants
pouvant conduire à la ruine des ouvrages. La simple
présence d’un ouvrage et de ses remblais d’accès
dans le lit d’une rivière est susceptible d’aggraver les
conséquences de ces phénomènes. En effet, l’obstacle
au libre écoulement des eaux qu’ils constituent peut
amplifier la montée des eaux et l’inondation de zones
en amont.
Même en dehors de ces circonstances exceptionnelles,
l’ouvrage peut par sa seule présence perturber
l’écosystème général d’une vallée en modifiant les
paramètres physiques liés à l’écoulement des eaux et
en générant un risque de pollution du site.
La réglementation mise en place ces dernières années
prend en compte l’ensemble de ces facteurs.
Face aux risques liés aux crues, des Plans de Protection
contre les Risques d’Inondation sont prescrits dans
toutes les zones sensibles.
Face aux risques sur l’environnement, la loi sur l’eau
(loi n° 92-3 du 3 janvier 1992) réglemente également
toute modification provisoire ou définitive des
conditions hydrauliques des cours d’eau.
La réglementation ne suffit pas à elle seule à éviter
de nouvelles catastrophes écologiques, encore
faut-il qu’elle soit bien comprise et correctement
appliquée.
Par ailleurs, dans le souci de préserver la ressource
en eau et les milieux aquatiques, et de ne pas mettre
en péril la stabilité de l’ouvrage, ou des ouvrages
provisoires nécessaires à sa construction, le projeteur
doit prendre en compte, dès la phase amont des
études, l’ensemble des données et contraintes liées au
cours d’eau.
Or, dans bien des cas, on constate que les études d’impact
sur le cours d’eau sont engagées trop tardivement par
rapport aux études générales de l’ouvrage et que
les études hydrauliques et environnementales sont
inconsistantes voire oubliées. Cette mauvaise pratique
peut au mieux conduire à la remise en cause du projet,
et au pire au choix d’une solution inappropriée. On
peut noter également que des études hydrauliques
même insuffisantes, sont rarement remises en cause
lors de l’exécution de l’ouvrage.
Ce guide a été élaboré pour répondre à l’ensemble de
ces problématiques. Il s’adresse à la fois aux maîtres
d’œuvre et maîtres d’ouvrage, ainsi qu’aux concepteurs
d’ouvrages d’art ; il a pour vocation à les assister dans
la conception des ouvrages de franchissement de cours
d’eau et de leurs ouvrages annexes, tels que les remblais
d’accès. Son but est d’aider à la compréhension des
cours d’eau et de leurs hydrosystèmes, de présenter
l’ensemble des volets sur lesquels l’interférence
entre l’ouvrage et le milieu naturel est à prendre en
considération, avec réciprocité possible des impacts.
Ce guide ne traite pas des buses et petits rétablissements
hydrauliques, ni des ponts-canal.
Les différents volets concernent l’hydraulique, la
morphodynamique, l’hydroécologie et la navigation
fluviale.
Ce guide présente les démarches à conduire, des
études amont jusqu’à l’exploitation de l’ouvrage. Il
aide notamment à prendre en considération, dès le
démarrage des études, l’intégration harmonieuse de
l’ouvrage dans la nature, à piloter les études d’impact
et à conduire le projet. Il ne vise pas à reprendre ni à
remplacer l’ensemble des ouvrages spécialisés sur les
divers champs qu’il aborde : il fournit pour cela une
bibliographie étoffée, vers laquelle le lecteur désireux
d’approfondir son approche pourra se tourner.
Il ne développe pas notamment les diverses méthodes
de calcul, pour certaines expérimentales, pour d’autres
statistiques et plurielles, dont leur applicabilité peut
dépendre fortement du contexte, mais incite le maître
d’œuvre à recourir à des spécialistes pour les mettre
en œuvre. Si ce guide permet, à minima, de clarifier
les idées du lecteur et de lui faciliter le dialogue sur
le projet avec les experts et les citoyens, il aura atteint
son but.
Cours d’eau et ponts
Partie 1
Généralités
notions générales
1.1 - Notions fondamentales sur
les cours d’eau
L’objectif de ce chapitre est de rappeler quelques
généralités sur les cours d’eau. Il constitue une
introduction aux chapitres suivants qui traitent chacun
d’un volet plus spécifique.
Nuages
(goutelettes
d’eau)
Vapeur
d’eau
Pluie
Torrent
Vapeur
d’eau
Lac
Eau
Neige
Oc é a
Pluie
Glacier
Riv
i è re
n
Partie 1 - Figure 1 : le cycle de l’eau – Source : J. L. Delgado (Cete Méditerranée)
Cours d'eau
Cours d’eau est un terme général désignant tous les
chenaux superficiels ou souterrains, présentant un
lit permanent et de caractère naturel à l’origine, et
un débit suffisant, une majeure partie de l’année en
fonction des données climatiques et hydrologiques
locales (un canal ou un fossé artificiel n’est pas un
cours d’eau).
Bassin versant
Un bassin versant est l’ensemble des lieux géographiques
qui, arrosés par une pluie (ou neige), contribuent par
le réseau hydrographique de surface au débit global
restitué à un point d’exutoire donné. Deux bassins
versants adjacents sont séparés par une ligne de partage
des eaux, sauf à l’exutoire si l’un débouche dans l’autre.
Par écoulements souterrains, des échanges inter bassins
versants peuvent éventuellement se produire.
Cours d’eau et ponts
)
)
Interception
En fait, toutes les eaux précipitées sur le bassin versant
ne contribuent pas au débit global à l’exutoire, en
dehors des transferts inter-bassin anthropiques
ou souterrains qui peuvent également intervenir.
Une fraction souvent conséquente est interceptée,
avant d’atteindre le sol, par la couverture végétale :
feuillage, tronc. Avant d’avoir glissé jusqu’au sol, cette
eau peut parfois être intégralement consommée par
l’évapotranspiration végétale. Dans le cas contraire, elle
arrivera au sol avec un temps de retard important.
Les eaux qui arrivent au sol commencent généralement
par imbiber le sol et s’infiltrer dans les vides qu’il
comporte au moment du début de l’événement
pluvieux. Lors d’épisodes de pluies intenses, en même
temps qu’une fraction de l’eau arrivant au sol imbibe
ce support poreux, le reste commence déjà à ruisseler.
Lors d’épisodes pluvieux plus modestes, en fonction de
la porosité initiale des sols, l’eau peut ne commencer
à ruisseler qu’après imbibition totale de la couche
superficielle de sol.
Écoulements souterrains
Pendant toute la durée de l’épisode pluvieux,
l’eau qui s’infiltre dans le sol commence une lente
migration vers les aquifères superficiels voire
profonds, et suivant leurs inclinaisons, transite vers
les résurgences piézométriques (sources, rivières, etc).
Ces écoulements souterrains débouchent généralement
à l’exutoire longtemps après les eaux ruisselées, si
bien qu’ils ne sont pas perdus en tant que tels dans
le cycle de l’eau, mais contribuent à soutenir les eaux
moyennes ou d’étiage plutôt que les crues de rivière
(bien que dans le cas de crues très lentes et de nappes
de coteaux puissantes, comme dans la vallée de la
Somme, on puisse voir les écoulements souterrains
contribuer largement à la crue).
Ruissellement
L’eau qui atteint le sol sans s’y infiltrer dévale les pentes
superficielles dans la direction du plus fort gradient
altimétrique. L’état de surface du sol joue un grand
rôle dans la vitesse de son écoulement, en complément
de l’incidence directe de la pente : lisse et régulier
(route bitumée, sol plat, caniveau en béton, etc), il
permet des ruissellements rapides, tandis que rugueux
ou irrégulier (hautes herbes, sillons dans un champ,
systèmes forestiers, etc), il freine le ruissellement des
eaux. L’ensemble des lieux géographiques parcourus
par une goutte d’eau tombée en un point donné
jusqu’à l’exutoire est le chemin hydraulique. En
fonction de la longueur du chemin hydraulique et
de la vitesse de ruissellement induite par l’état du sol
notions générales
tout au long de ce chemin, chaque goutte tombée sur
le bassin versant met un certain temps pour atteindre
l’exutoire. Dans un bassin versant homogène, le
plus long chemin hydraulique détermine le lieu qui
contribuera en dernier au débit global à l’exutoire
pour un événement pluvieux donné. Toute pluie d’une
durée inférieure au temps nécessaire à la goutte d’eau
pour parcourir ce plus long chemin hydraulique ne
mobilisera en conséquence, vu de l’exutoire, qu’une
fraction du bassin versant total. Ce temps de référence
est le temps de concentration.
Intensité, durée et fréquence des pluies
Ce temps est déterminant dans l’analyse de la
production de débit à l’exutoire d’un bassin versant,
car les pluies sont caractérisées par trois notions clefs :
l’intensité horaire (en millimètres par heure), la durée
(en heures) et la fréquence (ou période de retour).
Le débit à l’exutoire étant, à un instant donné, la
somme des contributions ruisselées par les points du
bassin versant distants de l’exutoire d’une longueur de
chemin hydraulique telle que les eaux ont eu le temps
d’arriver à l’exutoire à l’instant considéré, le débit
de pointe attendu à l’exutoire sera d’autant plus fort
que l’intensité de pluie la plus forte se maintient sur
l’ensemble du bassin pendant une durée supérieure
ou égale au temps de concentration. Autrement dit,
pour prévoir un débit de pointe de période de retour
donnée à l’exutoire, il faut considérer une pluie de
même période de retour de durée au moins égale au
temps de concentration. Les courbes d’intensité-duréefréquence des pluies permettent de choisir la bonne
pluie de projet pour calculer le débit à l’exutoire.
Hydrographie d’un bassin versant
On peut considérer qu’un cours d’eau est le talweg qui
draine le bassin versant qui lui est associé. Le lit qu’il a
entaillé avec le temps peut être en eau en permanence
ou par intermittence. Il constitue une succession de
points d’exutoire de bassins versants recueillant les
eaux ruisselées soit directement (on parle alors de
bassin versant propre), soit par l’entremise d’affluents
qui drainent les sous-bassins versants. Pour distinguer
le degré de drainage d’un cours d’eau donné dans un
vaste bassin versant, on parle d’« ordre » de cours
d’eau : le cours d’eau qui draine la totalité du bassin
(et qui se jette à la mer) est d’ordre 1, par exemple, les
affluents qui se jettent directement dans ce fleuve sont
d’ordre 2, etc. On peut également partir des sources,
affectées de l’ordre 1, et augmenter l’ordre lorsque deux
affluents de même ordre confluent. Ce n’est pas ici le
lieu d’évoquer de telles méthodes, mais il faut avoir
conscience du fait que les confluences additionnent
les eaux de bassins versants dont la contribution peut
être sensiblement hétérogène.
)
)
Régimes hydrologiques
En dehors des épisodes pluvieux, le lit du cours d’eau
ne draine que les écoulements souterrains du bassin
versant. Le régime hydrologique du cours d’eau
est alors moyen (ou « eaux moyennes ») jusqu’à ce
que le drainage ait épuisé le principal des aquifères
superficiels. Le débit décroît ainsi lentement et le
régime hydrologique est l’ « étiage » (ou « basses
eaux »), plus ou moins sévère selon que cette situation
de drainage sans recharge pluvieuse perdure. La
décroissance du débit à l’étiage suit généralement une
loi de Galton.
Lorsque la pluie recharge les aquifères et ruisselle
sur le bassin versant, le débit du cours d’eau croît en
conséquence au-delà du régime moyen. On parle alors
de « crue » ou de « hautes eaux ». Cette crue peut ou
non déborder, selon la capacité hydraulique du lit du
cours d’eau et l’intensité de la crue. Généralement, les
crues annuelles voire bisannuelles ne débordent pas
d’un lit naturel. Un lit endigué peut même contenir
des crues plus fortes et plus rares, à condition que les
digues en supportent les contraintes hydrodynamiques.
En fonction de l’intensité des pluies, de la rapidité de
réponse du bassin versant, de la concomitance de
contributions d’affluents, les crues peuvent être très
soudaines : l’hydrogramme est celui d’un volume
écoulé assez modeste mais concentré sur un débit
de pointe très élevé. On parle alors de « crue éclair »
(dont l’exemple le plus tristement célèbre est la crue
cévenole). Lorsque la crue est une lente montée en
puissance du débit (plusieurs jours de montée de crue),
l’hydrogramme est celui d’un grand volume écoulé
sous un débit de pointe plus modeste. On parle alors
de « crue lente ».
Morphologie fluviale
Le lit du cours d’eau désigne en général son lit
mineur ou son lit principal, c’est-à-dire, le lit d’étiage
généralement augmenté des berges. Ce lit peut contenir
jusqu’aux crues annuelles ou bisannuelles en l’état
naturel, parfois beaucoup plus lorsque recalibrages
et endiguements ont lourdement artificialisé le cours
d’eau. C’est une zone humide, dans laquelle les
variations hydrologiques conduisent à un étagement
de la flore aquatique entre les espèces supportant
bien l’immersion et celles tolérant des submersions
moins fréquentes. Cette biodiversité floristique peut
s’accompagner d’une biodiversité faunistique pour peu
que le fond et les berges du cours d’eau présentent,
dans un transect aussi bien que dans la continuité
longitudinale, des faciès propices, c’est-à-dire variés :
zones rapides et propres, zones lentes, méandres,
anfractuosités, végétation, zones de chasse, zones
de fraie, etc. Les aménagements hydrauliques qui
ont transformé une grande majorité des cours d’eau
Généralités
notions générales
français depuis le douzième siècle (moulins à eau,
lavoirs, assainissements urbains, navigation fluviale,
hydroélectricité, etc) peuvent avoir banalisé les faciès
morphologiques et produit des formes fluviales
artificielles (biefs, dérivations, chutes, etc).
A moins que l’anthropisation n’ait gagné les berges
du cours d’eau, on peut distinguer en rive du cours
d’eau une zone capable d’accueillir les eaux de faibles
débordements, de période de retour comprise entre
2 et 5 ans environ. Cette zone humide présente les
signes biologiques d’une forte connexion avec le
milieu aquatique et constitue une transition entre
milieu terrestre et milieu aquatique aux propriétés
très intéressantes. En particulier, leur rôle d’épuration
physico-chimique des eaux ruisselées par le bassin
versant propre ne fait plus aucun doute. Mais ces zones
peuvent remplir d’autres fonctions biologiques en
fonction de leur degré de connectivité : par exemple,
elles peuvent constituer des zones de fraie à brochet
lorsqu’elles sont submergées de quelques décimètres
d’eau en hautes eaux. On parle généralement de lit
moyen.
Enfin, le lit majeur désigne le reste de la vallée
submergée lors des plus fortes crues. Lorsque la vallée
est fortement anthropisée, le lit moyen peut avoir
complètement disparu pour ne laisser apparent qu’un
lit majeur. Il s’agit d’un milieu spécifiquement terrestre
délimité par les coteaux des terrasses basses du Würm
entaillées par les plaines alluviales de l’Holocène (il y
a environ 10 000 ans).
10
Cours d’eau et ponts
)
)
les incidences
1.2 - Incidences des ponts sur
les cours d’eau
Le franchissement des cours d’eau par les voies
de transports terrestres a longtemps constitué un
enjeu économique et stratégique de premier ordre
autant qu’un défi technique majeur, aujourd’hui
passablement banalisé par le recours généralisé
aux techniques de constructions en béton et aux
constructions métalliques. Cette facilitation relative de
la construction des ponts a pu conduire à une relative
sous-estimation des incidences des ponts sur les cours
d’eau et aux moyens (et intérêts) de les réduire. Les
ponts ont pourtant des incidences notables, tant sur
le lit mineur que sur le lit majeur du cours d’eau
franchi.
Par l’emprise de ses piles et de ses culées dans le lit
mineur, l’ouvrage réduit la surface disponible pour
l’écoulement. Ce débouché hydraulique du pont
réduit par rapport à la capacité hydraulique du cours
d’eau induit une gêne à l’écoulement en amont et
une accélération des vitesses au droit de l’ouvrage.
Ces effets peuvent devenir très sensibles en période de
crue si les remblais d’accès au pont barrent le chemin
aux écoulements débordants du lit majeur. Ceuxci sont alors contraints de passer dans le débouché
hydraulique du pont qui concentre des écoulements
qui, en son absence, seraient passés ailleurs. Ce report
de débit entre le lit majeur et le lit mineur accentue
les effets évoqués pour le débouché hydraulique réduit
du pont.
La gêne aux écoulements en amont du pont se traduit
généralement par un exhaussement de la ligne d’eau et
une aggravation des risques d’inondation. Bien qu’elle
puisse parfois apparaître très modeste (de l’ordre
de quelques centimètres, par exemple) aux yeux du
concepteur de pont, cette aggravation, qui peut être
évitée, peut être fortement préjudiciable et n’est pas
tolérée par la loi. Il appartient donc au concepteur
d’assurer à son projet une totale innocuité quant au
risque d’inondation.
Dans certains cas, l’ouvrage peut être conçu pour jouer
un rôle de ralentissement dynamique. Il régule alors le
débit comme le ferait un barrage et préserve les zones
situées en aval. Il s’agit d’ouvrages particuliers qui ne
sont pas traités dans ce guide.
L’accélération des vitesses dans l’ouvrage et l’agitation
des eaux dans la zone de tranquillisation en aval
immédiat de l’ouvrage accroissent localement la
capacité érosive des écoulements du cours d’eau et
déséquilibrent ponctuellement le transport solide.
)
)
Cela peut se traduire par des risques d’affouillement
au pied de l’ouvrage (avec à terme déchaussement
des fondations) et un décapage des sédiments sur une
certaine longueur qui constitue une discontinuité
morphologique éventuellement problématique pour
une partie de la faune aquatique.
Plus globalement, la traversée d’une vallée alluviale
par une infrastructure routière franchissant le cours
d’eau peut perturber la morphodynamique générale du
cours d’eau. Ainsi, même si le débouché hydraulique
du pont est conçu pour minimiser les incidences sur les
écoulements liquides, la perturbation des répartitions
de débits entre bras multiples (le cas échéant) peut
conduire au comblement par envasement d’un bras
coupé ou partiellement obstrué, à l’appauvrissement
du milieu aquatique, à la concentration de la
contribution sédimentaire dans des zones fragilisées
provoquant érosions régressives et éventuellement
coupures de méandres, etc.
La morphologie fluviale observée sur le terrain
correspond à une combinaison de différents facteurs
à la fois naturels et d’origine humaine (aménagements
divers). Les formes ne sont pas toujours celles que l’on
attend a priori.
La morphologie fluctue en fonction de son
environnement : les combinaisons des différents
facteurs précités, de plusieurs ouvrages ou d’arrivées
d’affluents interfèrent les uns avec les autres et
conduisent l’environnement à s’adapter.
En exemple, un pont sur un radier accentue
l’affouillement qui se généralise à l’aval (cas du pont
de Tours). La présence des piles et l’effet de passes
contribuent également à modifier la morphologie
« naturelle » en amplifiant des formes d’érosion, liées
à la présence d’un obstacle dans le lit mineur.
Un autre exemple de combinaison très souvent
observable : la présence d’un barrage situé dans une
courbe influence directement la morphologie de
ce secteur. En accentuant le phénomène, la courbe
permet de propager l’énergie dissipée par la chute
d’eau du barrage beaucoup plus à l’aval…
Les figures d’érosion se trouvent amplifiées (érosion
de la rive concave accentuée, déplacement accéléré des
méandres) et surtout propagées.
Outre ces perturbations sur l’hydraulique et la
morphodynamique, la construction d’un pont audessus ou à proximité d’un cours d’eau nécessite
souvent la réalisation de travaux dans son lit, ce
qui peut induire, en phase de construction comme
en phase de service, à la fois des modifications
des écosystèmes aquatiques par la modification
physique du milieu naturel et l’altération de la qualité
des eaux…
Généralités
11
les incidences
1.3 - Incidence des aménagements des cours d’eau sur
les ponts
De même que la présence d’un pont peut avoir sur le
cours d’eau qu’il enjambe de graves conséquences, le
cours d’eau peut créer des dommages à l’ouvrage.
• les prélèvements d’eau dans la rivière avec diminution
de son débit,
• l'absence d’entretien des rives,
• la pollution du cours d’eau.
Ces éléments sont développés dans le fascicule 20
« Zone d’influence - Accès - Abords » de l’Itseoa
(Instruction Technique pour la Surveillance et
l’Entretien des Ouvrages d’Art).
A titre d’exemple, un mauvais aménagement peut créer
un état de déséquilibre du cours d’eau qui, pour un
débit donné, n’atteint plus un régime uniforme, ce
qui entraîne une instabilité des berges et du lit et peut
provoquer des affouillements de fondations.
1.4 - Cas particuliers des cours
d’eau navigables
Mais ce n’est pas tout, en cas de crues, les éléments
solides charriés par le cours d’eau peuvent engendrer
des chocs sur les appuis, voire le tablier.
La réalisation d’un pont au-dessus d’un cours d’eau
navigable ou d’un canal nécessite de prendre en
considération les données et contraintes liées aux
passages de bateaux. Le chapitre 5 concerne les voies
navigables intérieures à vocation commerciale ou
touristique, mais donne des indications pour les voies
parcourues par les engins nautiques de loisirs non
motorisés (canoës, kayaks…). Pour les embouchures
de fleuves et les estuaires, les caractéristiques de la
navigation sont très différentes, et il s’agira de se
rapprocher des ports bordant ces estuaires afin de
connaître leur trafic et leurs contraintes spécifiques,
tant en phase définitive qu’en phase chantier.
Et il est même arrivé dans certains cas que l’ouvrage
soit emporté suite à une crue.
Des actions humaines sur un cours d’eau peuvent aussi
avoir des conséquences sur les ponts en service telles
que :
• le curage du lit du cours d’eau ou l'extraction de
matériaux,
• le creusement de chenaux d’accès à un port,
• la suppression des méandres,
• l'aménagement des berges, les endiguements,
• la création de terre-pleins et de remblaiement dans
le lit majeur ou mineur,
• la construction ou l'utilisation illicite de barrages,
• les aménagements fonciers en amont avec drainage
et canaux,
Partie 1 - Photo 2 : effondrement du pont de Tours (1978)
Source : R. Lozelli, P. Fitou, G. Proust (la Nouvelle République)
12
)
)
Cours d’eau et ponts
Après une partie consacrée à la présentation de notions
sur la navigation fluviale, sont résumées les influences
d’un pont sur celle-ci. Puis une partie détaille les
contraintes dues à la navigation sur la conception, le
dimensionnement, la réalisation et l’entretien d’un
pont enjambant une voie navigable.
Ces contraintes sont relativement fortes, et il est
important de les connaître et de les prendre en compte
dès la conception de la voie portée elle-même, quand il
s’agit de la création ou d’une modification importante
de celle-ci. En effet, une modification du tracé en
plan peut déplacer la position du pont par rapport à
la voie navigable et ainsi réduire considérablement les
contraintes sur le pont, et donc son coût. Dans le cas
d’une modification ou d’une réhabilitation du pont,
l’adaptation aux contraintes de navigation peut, dans
des cas extrêmes, conduire à abandonner cette solution
au profit d’une reconstruction complète.
Les contraintes sont liées en premier lieu aux gabarits
de navigation : en fonction de la voie concernée, des
prescriptions sont données par la circulaire ministérielle
(équipement) n° 76-38 modifiée par la circulaire
n° 95-86. Ces gabarits ont une forte influence à la fois
sur l’implantation des appuis, le choix de la structure
et le mode d’exécution de l’ouvrage.
les incidences
Les mouvements d’eau provoqués par les passages des
bateaux sont un autre facteur à prendre en compte,
ainsi que les phénomènes de marée. Ils s’ajoutent
au courant naturel de la rivière, ou, pour le cas des
canaux, sont parfois les seuls à prendre en compte.
Cela influe sur les forces hydrodynamiques prises en
compte pour le dimensionnement, et surtout sur les
conceptions des protections contre les affouillements
(berges et piles).
Les effor ts les plus impor tants qui peuvent
éventuellement modifier la conception de l’ouvrage,
ainsi que son mode de construction, sont les chocs
accidentels de bateaux contre les piles et les culées, et
les appuis provisoires. Le Bael 91 révisé 99 (Fascicule
62 – Titre I – Section I - Règles techniques de
conception et de calcul des ouvrages en béton armé
suivant la méthode des états limites) donne des valeurs
d’efforts quasi-statiques équivalents à des chocs de
bateaux fluviaux sur une pile de pont en rivière. La
partie 1-7 de l’Eurocode 1, encore provisoire, donne
des valeurs d’efforts quasi-statiques équivalents à
des collisions de navires maritimes et fluviaux sur
un obstacle rigide, ainsi que des méthodes pour
déterminer les énergies de tels chocs, utiles pour le
dimensionnement des protections.
Enfin les dernières parties du chapitre présentent la
signalisation à appliquer sur les ponts, et quelques
exemples illustrant certaines des considérations
théoriques décrites auparavant.
1.5 - Démarche pour la conduite
d’une étude hydraulique
La loi sur l’eau du 3 janvier 1992 et ses décrets
d’application (n° 93.742 et n° 93.743 du 29 mars
1993) imposent une procédure administrative
préalable pour tout travail dans le lit d’un cours d’eau
ou en zone inondable.
La demande initiant cette procédure comprend
obligatoirement un document indiquant les incidences
de la réalisation de l’aménagement sur la ressource en
eau, le milieu aquatique, l’écoulement, le niveau et la
qualité des eaux ; ce même document précise, s’il y
a lieu, les mesures compensatoires envisagées (art. 2
et 29 du décret n° 93.742).
Dans ces conditions, il convient de mener une
étude couvrant à la fois le volet « quantitatif »
(étude hydraulique) et le volet « qualitatif » (étude
environnementale). Cette étude a également pour
objectif d’appréhender l’impact du cours d’eau sur
)
)
l’ouvrage, et de déterminer l’ensemble des données
nécessaires à la conception et au dimensionnement de
l’ouvrage et des aménagements connexes. La première
phase de cette étude doit être menée en amont pour
analyser l’état initial de manière à définir le programme
de l’ouvrage.
Il peut être avantageux de passer le contrat d’études
au titre de la loi sur l’eau auprès d’un groupement de
deux bureaux d’études : l’un spécialisé en hydraulique
et l’autre en science de l’environnement.
Par ailleurs, il importe d’associer le plus en amont
possible le service chargé de la police des eaux
(Direction Départementale de l’Equipement, Service
de la Navigation, Direction Départementale de
l’Agriculture et de la Forêt) de façon à intégrer dès le
début des réflexions les contraintes essentielles relatives
à la spécificité du site.
Il convient de procéder à une seconde phase de
l’étude hydraulique et environnementale, au stade
de l’étude préliminaire de l’ouvrage d’art (niveau
Avant-Projet Sommaire routier) où plusieurs solutions
pourront être envisagées concernant l’implantation
et le positionnement du pont et de ses appuis, son
ouverture hydraulique (importance des remblais), ainsi
que les aménagements spécifiques. Cette seconde phase
doit permettre de disposer des éléments suffisants pour
mener l’enquête préalable à la Déclaration d’Utilité
Publique (Dup) de l’ouvrage ou de l’infrastructure.
La troisième phase de l’étude hydraulique et
environnementale, au stade de l’étude de projet de
l’ouvrage d’art (niveau Projet routier), doit permettre
de préciser le dimensionnement de l’ouvrage, ainsi
que de l’ensemble des aménagements de protection
de l’ouvrage (dispositifs de protection des appuis par
exemple) et du cours d’eau (dispositifs de protection
du lit et des berges par exemple). Elle doit également
définir les mesures de protection des écosystèmes
aquatiques et de la qualité de la ressource en eau.
Elle contribue par ailleurs à la constitution du
document des incidences de l’aménagement, préalable
à l’autorisation de travaux, en respect de la loi sur
l’eau.
Dans le volet hydraulique, l’importance et la
complexité des études sont naturellement liées à
celles de l’interaction entre le cours d’eau et le pont.
A cet égard, on peut établir une distinction entre les
grands ouvrages d’art, permettant le franchissement
de rivières ou fleuves, aux grands bassins versants
(> 100 km²), qui nécessitent des études importantes,
voire complexes, confiées à des bureaux d’études
spécialisés, et les ouvrages d’art courants, situés
plus fréquemment dans de petits bassins versants
(≤ 100 km²), dont les études sont plus sommaires.
Généralités
13
les incidences
En tout état de cause, quelle que soit la taille de
l’ouvrage, il importe au stade des études amont de
s’entourer des conseils de spécialistes dans les domaines
de l’hydraulique et de la science de l’environnement,
de manière à établir une analyse de l’état existant,
d’appréhender l’ensemble des données et contraintes
du site, et de bien orienter et définir la nature et la
consistance des phases ultérieures de ces études.
Ces études spécifiques s’articulent autour des études
structurelles et architecturales de l’ouvrage d’art. Le
guide pour la commande et le pilotage des études
d’ouvrages d’art de novembre 1997, réalisé et publié
par le Sétra, traite notamment de l’organisation et de
la coordination de l’ensemble de ces études.
14
Cours d’eau et ponts
)
)
Partie 2
Hydraulique
et ponts
15
notions générales
2.1 - Notions d’hydrologie
2.1.1 - Rappels généraux sur l’hydrologie
des cours d’eau
Définition de l’hydrologie
L’hydrologie est la science qui traite de l’occurrence,
de la distribution et de la circulation de l’eau tout au
long de son cycle, ainsi que de ses propriétés chimiques
et physiques et de ses interrelations avec le milieu et
les êtres vivants.
Elle repose essentiellement sur les sciences statistiques et
sur des modèles conceptuels de transferts hydriques.
Paramètres hydrologiques mesurés
Les pluies sont un bon point de départ dans l’examen
du déroulement du cycle de l’eau quand on s’intéresse
aux rivières. Elles résultent des interactions en altitude
des masses d’air chargées en eau évaporée et sont
caractérisées par plusieurs quantités :
• la hauteur P de pluie (sous-entendu, tombée au sol),
exprimée en millimètres de pluie tombés sur un mètre
carré de surface, ou encore, ce qui est équivalent, en
litre par mètre carré ;
• l’intensité I, exprimée en millimètres de pluie par
unité de temps (généralement la minute ou l’heure) ;
• la durée D, généralement exprimée en minutes ;
• la fréquence F ou probabilité de non-dépassement
ou encore période de retour T.
Ainsi, pour une probabilité de non-dépassement (ou
période de retour) donnée, on peut considérer (au
moins) deux pluies équiprobables, l’une d’une durée
moins longue que l’autre, mais avec une intensité de
pluie plus forte que l’autre, et vice versa. A contrario,
il est absurde de parler d’une intensité de pluie de
période de retour donnée, sans préciser quelle est
la durée de cette intensité. Pour une période de
retour donnée, l’intensité de pluie est une fonction
décroissante de la durée de la pluie tombant avec
cette intensité.
Les caractéristiques de base des pluies sont mesurées
à l’aide de pluviographes qui mesurent a minima les
hauteurs de pluie interceptées par une surface de
référence d’entonnement vers le récipient mesureur
ou encore, dans des versions un peu plus élaborées,
mesurent le temps nécessaire au basculement d’un
auget étalonné ou le nombre de basculements
d’auget étalonné dans un temps fixé (laps de temps,
généralement de 6 minutes(1)).
() Ce qui permet d’avoir une appréciation quasi directe de l’intensité en mm/h,
par multiplication par un facteur 10 de la valeur lue en 6 minutes
16
Cours d’eau et ponts
)
)
Des informations précieuses sur l’évolution d’une
formation pluvieuse peuvent être obtenues à l’aide
des radars météorologiques couvrant le territoire
national, mais elles intéressent plus l’annonce de
crue que le concepteur de projet de pont. Couplé
aux pluviomètres, le radar permet toutefois une
connaissance améliorée de la répartition de ces pluies
pour conduire les études de débits.
Des opérateurs statistiques permettent de déduire de
ces mesures pluviographiques des relations intensitédurée de pluie pour une fréquence donnée.
Paramètres caractéristiques du bassin versant
Un bassin versant est d’abord caractérisé a minima
par l’aire d’interception des pluies. En fait, bien que
des considérations hydrogéologiques puissent parfois
interférer, il s’agit de la surface cartographique de
l’espace délimité, à partir de l’exutoire retenu pour
effectuer le calcul, par les lignes de partage des eaux.
Cette aire est désignée par A, en kilomètres carrés.
S’agissant de ruissellement, une caractéristique
essentielle du bassin versant est le temps de
concentration, c’est-à-dire le temps que met la goutte
d’eau tombant au sol sur la partie du bassin versant
la plus éloignée de l’exutoire pour rejoindre celuici. Ce temps est généralement exprimé en minutes
(mn). Il dépend de la longueur du plus long chemin
hydraulique à parcourir (L, exprimée en mètres) et de
la vitesse avec laquelle l’écoulement dévale ce chemin
(V, exprimée en mètres par seconde), laquelle dépend
étroitement de la pente motrice P (exprimée en mètres
par mètres) le long de ce cheminement.
Lorsque le plus long chemin hydraulique à parcourir
vers l’exutoire passe par plusieurs tronçons homogènes
en pente, le temps de concentration est la somme
des temps mis pour dévaler chacun des tronçons
consécutifs. La vitesse est alors estimée en fonction de
la pente et du degré d’accident des surfaces traversées
(forêt, prairie, surface imperméabilisée, etc.).
Des formules expérimentales établissant la valeur du
temps de concentration. La plus connue est la formule
de Kirpich :
[Équation 1 - Temps de concentration, formule de Kirpich]
pour les bassins versants d’une taille inférieure à
1 km².
L’intensité étant une fonction décroissante du temps
et le débit de pointe n’intervenant a priori que
lorsque l’ensemble du bassin versant a contribué au
ruissellement (t ≥ tc), on considère généralement
notions générales
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(pour calculer le débit résultant à l’exutoire) que le
débit de pointe est proportionnel à l’intensité calculée
pour une durée égale au temps de concentration du
bassin versant. Cette hypothèse n’a rien d’évident.
En particulier, si on se situe dans un modèle de
ruissellement de type « surfaces contributives », la
notion de temps de concentration n’a pas de sens.
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Enfin, la troisième caractéristique fondamentale
du bassin versant est le coefficient de ruissellement
instantané (noté C, adimensionnel). Ce coefficient
traduit la fraction d’eau incidente qui ruisselle, et
donc, celle qui demeure pour quelque temps dans le
sol et ses accidents. Il dépend de la couverture végétale,
de la morphologie du sol, de la pente, du matériau de
surface de sol et même de la saison.
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Modèles de ruissellement
Ruissellement hortonien
On parle de ruissellement hortonien lorsqu’on assiste à
une saturation progressive et homogène de l’ensemble
des sols à l’échelle du bassin versant. Les crues seront
générées par un ruissellement de surface se produisant
sur l’ensemble du bassin versant, lorsque l’intensité des
pluies dépasse la capacité d’infiltration des sols.
)
)
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Partie 2 - Figure 1 : bassin versant intercepté par la route sur la
commune de Verdigny (18) – Source : extrait du rapport de recherche Lcpc
(Laboratoire Central des Ponts et Chaussées) - 310105 / Fiche n°11F023.3
��
La capacité d’infiltration est elle-même définie par une
fonction décroissante de la durée (f(t) en mm/h) ; cette
capacité d’infiltration variant d’une capacité maximale
(f0, mm/h) à une vitesse limite d’infiltration (fc, mm/
h), correspondant au sol saturé, sous la forme d’une
fonction exponentielle décroissante.
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Ainsi dans ce type de modèle, le coefficient de
ruissellement, non constant, devient une fonction
du temps : à chaque pas de temps il correspond au
rapport entre le volume non infiltré et le volume
total précipité lors de l’événement (le ruissellement
ne débutant que lorsque l’intensité est supérieure à la
capacité d’infiltration du sol) :
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C’est ce modèle de pertes qui est utilisé dans
plusieurs logiciels de dimensionnement de réseaux
d’assainissement eaux pluviales(2).
OPS (Organisations Pelliculaires Superficielles)
« Lorsqu’il n’existe pas d’écran végétal pour intercepter
l’énergie cinétique, l’impact des gouttes de pluie
provoque un tassement de la surface du sol, un
éclatement des agrégats et une redistribution des
particules en surface conduisant à la fermeture
() En particulier PAPYRUS, développé par le Ministère de l’Équipement. On
trouvera des valeurs de fo et fc (mm/h) dans « Encyclopédie de l’hydrologie urbaine
et de l’assainissement », sous la direction de B. Chocat (Tec et Doc, 1997).
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Partie 2 - Figure 2 : diagramme de classification des textures
renseigné en classe de sensibilité à la battance – Source : l’érosion des sols
dans les régions de grande culture : aspects aménagements - A. V. Auzet - Cereg - 1990
Hydraulique et ponts
17
notions générales
progressive des pores et à l’imperméabilisation de
la surface du sol. Sur la croûte structurale ainsi
constituée, le ruissellement diffus commence à se
produire, entraînant des particules de sol dans les
micro-dépressions de la topographie, dans lesquelles
elles se déposent en couches stratifiées reposant en
discordance sur la couche précédente, et renforçant
encore l’imperméabilisation du sol. (…) Lors de
l’occurrence de telles Ops, ce n’est plus la conductivité
intrinsèque du sol qui constitue la limite d’infiltration,
mais bien celle de la couche de surface. Or cette
perméabilité de la couche de surface varie très
rapidement, en relation avec l’évolution de l’état de
surface. »(3)
La formation de ces Ops et l’aptitude correspondante
des sols à générer un ruissellement va dépendre :
• du taux de couverture du sol. Ainsi, indépendamment
de la nature du sol, l’absence ou non d’une couverture
et le type de végétation sont les premiers paramètres
qui interviennent au niveau de la potentialité d’un sol
à développer des Ops ;
• de la nature du sol en place et en particulier des
formations superficielles. Certains sols par leur texture
même sont ainsi aptes à développer des Ops ; on
parle alors de sols battants. Une bonne indication
de la fragilité des sols par rapport à la battance est sa
teneur en argiles et limons, et la mesure fréquemment
proposée est celle du rapport limon/argile. Le
diagramme de classification des textures (pédologie,
cf. Partie 2 - Figure 2) peut ainsi être renseigné en
classes de sensibilité à la battance ;
• du stade de développement des Ops et de
« l’histoire du sol ». Ce n’est pas la seule intensité de
l’averse génératrice du ruissellement qui conditionne
l’état de surface du sol ; celle-ci résulte entre autres
de son histoire récente et est notamment fonction
de l’intensité des pluies récentes ayant précédé
l’événement et ayant modifié la surface du sol. De
même, pour un événement donné, la réponse globale
d’un sol à une pluie aux caractéristiques générales
équivalentes (même hauteur totale, mêmes intensités
moyenne et maximale) va dépendre de l’ordre de
successions des intensités.
Ruissellement à partir des sols saturés : les « aires
contributives saturées »
Dans certaines conditions géologiques, topographiques
et géomorphologiques, la nappe peut être proche de la
surface, et l’état de la réserve hydrologique se marquer
directement dans le paysage sous la forme de zones
humides dont l’extension est variable. Aussi sur ces
bassins versants, le ruissellement est produit par la
totalité de la pluie tombant sur une zone imperméable
() De l’eau qui tombe à l’eau qui s’écoule. Processus de transferts à l’échelle des
versants du bassin versant. Hydrologie continentale, Partie III. Claude Cosandey,
Mark Robinson - Armand Colin - 2000.
18
Cours d’eau et ponts
)
)
ou saturée, dont l’étendue varie avec le niveau moyen
de la nappe phréatique, et qui compose ce qu’on
appelle les « aires contributives saturées » : ce n’est plus
une partie des précipitations sur toute la surface du
bassin, comme dans la théorie de Horton, mais toute
la précipitation sur une partie du bassin qui génère
le ruissellement.
Il convient aussi de souligner la variabilité spatiale
des aires contributives saturées lors d’un événement
pluvieux : on assiste à une extension des surfaces
saturées vers l’amont.
On a aussi montré que les aires contributives saturées,
si elles se situent le plus souvent au niveau des talwegs,
peuvent aussi apparaître sur certaines parties du
bassin versant. Jordan (1992) étudiant la formation
des crues fréquentes sur le petit bassin versant de
la Haute Mentue (Suisse), observe que les nappes
temporaires qui, lorsque les pluies sont faibles, ne se
forment que sur une partie du bassin, qui correspond
aux zones à faibles pentes. Ces nappes sont à l’origine
du ruissellement par saturation dans les zones très
locales d’affleurement de la nappe. La haute densité du
réseau de drainage (naturel ou anthropique) constitue
probablement des éléments d’accélération du transfert.
Jordan conclut de ses différentes observations que
« bien que la topographie soit un élément important
pour la prédiction des zones saturées, d’autres facteurs
ont certainement une importance équivalente »(4).
Chacun de ces ensembles de processus (ruissellement
hortonien / organisations pelliculaires de surface
/ aires contributives saturées) induit un type de
fonctionnement différent du « système bassin
versant », et donc un poids très différent des facteurs
directement ou indirectement responsables des crues
(intensité des pluies, hauteur totale des précipitations,
état des réserves hydriques et hydrologiques). Il
convient aussi d’examiner comment ces différentes
formes de ruissellement s’organisent à l’échelle
d’un bassin versant, leur combinaison induisant le
fonctionnement global du bassin.
Transformation des pluies en débits - formules empiriques
Lorsqu’une pluie tombe au sol, elle suit de nombreux
cheminements avant d’atteindre l’exutoire du bassin
versant. Une fraction non négligeable est interceptée
par la couverture végétale et n’atteint le sol qu’après
un délai de ruissellement le long des ramifications
végétales si tant est qu’elle ne soit pas finalement
consommée par l’évapotranspiration. La fraction
qui atteint directement le sol chemine à travers les
accidents du terrain dans le sens de la plus grande
() De l’eau qui tombe à l’eau qui s’écoule. Processus de transferts à l’échelle des
versants du bassin versant, Hydrologie continentale, Partie III. Claude Cosandey,
Mark Robinson - Armand Colin.
notions générales
pente si possible, convergeant vers l’exutoire du
bassin.
Il existe plusieurs formules permettant d’estimer le
débit (généralement décennal) à un exutoire donné (en
ce qui nous concerne : le lieu du projet qui intercepte
le bassin versant) à partir des caractéristiques du bassin
versant et de la pluie.
La plus simple est la méthode rationnelle, qui permet
d’estimer le débit décennal en m3/s pour un bassin de
taille inférieure à 100 km² :
[Partie 2 - Équation 2 - Débit décennal estimé par la formule
rationnelle]
où : C est le coefficient de ruissellement, I 10 est
l’intensité de pluie décennale (en mm/h) et A est l’aire
du bassin versant (en km²).
L’intensité de pluie décennale est calculée en supposant
que le débit décennal maximum est généré par la pluie
dont la durée est égale au temps de concentration
du bassin versant, c’est-à-dire, qui mobilise toutes
les surfaces potentiellement contributrices au
ruissellement avec l’intensité de pluie maximale pour
la fréquence décennale. En effet, l’intensité de la
pluie, pour une période de retour donnée, étant une
fonction décroissante de la durée de cette pluie, le
débit décennal (maximum) à l’exutoire d’un bassin
versant est généré par la pluie la plus intense, et donc,
la plus courte, pour autant qu’elle mobilise toute la
surface du bassin versant. La durée de pluie qui, pour
une période de retour donnée, fournit le maximum de
débit à l’exutoire, est donc le temps minimal à partir
duquel tout le bassin versant est productif, et donc,
le temps de concentration.
Pour les bassins de 10 à 2 000 km², le Cemagref
(Institut de recherche pour l’ingénierie de l’agriculture
et de l’environnement) a élaboré une méthode appelée
CruPéDix :
[Partie 2 - Équation 3 - Formule de CruePéDix]
)
)
Transformation des pluies en débits - modèles conceptuels
Au-delà des formules empiriques, un certain nombre
de modèles conceptuels ont été mis au point pour
rendre compte des mécanismes de transformation
des pluies en débits. Ces modèles mériteraient un
développement spécifique qui n’a pas sa place dans
le présent guide, mais pour plus d’information sur
une telle étude hydrologique, le lecteur pourra lire
le tome 1 - hydrologie du guide méthodologique
pour le pilotage des études hydrauliques, à paraître
sous le double timbre du ministère de l'Équipement
(Direction Générale Urbanisme Habitat Construction)
et du ministère de l'Écologie et du Développement
durable (Direction de la Prévention des Pollutions et
des Risques), piloté par le Cetmef (Centre d'Études
Maritimes et Fluviales) et le Cemagref.
2.1.2 - Définition et choix des crues de
dimensionnement de l’ouvrage
Période de retour
La notion de période de retour est indissociable de
l’analyse de risque hydrologique et pourtant, elle
réserve quelques mauvaises surprises à qui la manipule
sans précaution (technique comme oratoire). La
période de retour est l’inverse de la fréquence de nondépassement d’une valeur de débit, volume total ou
encore hauteur d’eau considérée comme référence. Elle
correspond à une appréciation de la durée moyenne de
répétition de l’événement ou encore, à une probabilité
annuelle d’occurrence. Ainsi, une crue de période de
retour T a, chaque année, « une chance sur T » de se
produire. L’occurrence d’une telle crue à l’année N ne
change en rien la probabilité (qui reste donc de 1/T)
de retrouver cette même intensité de crue à l’année
N+1. Ainsi, il est faux de dire que la crue de période
de retour T arrive une fois tous les T ans, sauf à le
considérer en moyenne, ce qui induit le profane en
erreur.
Cependant, bien sûr, la probabilité de rencontrer plus
d’une fois la crue de période de retour T durant T
années est inférieure à la probabilité de ne la rencontrer
qu’une fois.
où R est un coefficient régional et P10 est la pluie
décennale (mm).
Les débits de fréquence inférieure à celle d’occurrence
décennale se déduisent du débit décennal ainsi calculé
en considérant :
Q25 = 1,2.Q10
Q50 = 1,5.Q10
Q100 = 2,0.Q10
Hydraulique et ponts
19
notions générales
Ainsi, une valeur de référence de débit de période de
retour T0 = 100 ans a :
• 10 % de chances d’être dépassée dans les 10
prochaines années,
• 18 % dans les 20 prochaines années,
• 40 % dans les 50 prochaines années,
• 65 % dans les 100 prochaines années,
• 87 % dans les 200 prochaines années, etc.
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Partie 2 - Figure 3 : probabilité de dépassement d’une crue de
référence – Source : D. Goutx (Cete Normandie-Centre - Lrpc Blois)
Crues significatives
La variété des incidences du pont sur les écoulements
de rivière s’accompagne d’une variété presque
équivalente de situations hydrologiques de projet pour
lesquelles le projet doit être conçu.
On peut ainsi considérer :
• la crue de plein bord (de période de retour de 1 à
5 ans en général, selon le degré d’artificialisation du
cours d’eau), pour laquelle les obstacles en lit mineur
génèrent l’impact maximal, tout exhaussement de
la ligne d’eau se traduisant directement par une
aggravation du risque d’inondation ;
• la crue moyenne (de période de retour 10 à 30 ans),
susceptible de survenir pendant le chantier :
- la crue forte (de période de retour 50 ans environ),
pour laquelle le pont ne doit subir aucun
dommage ;
- la crue rare (de période de retour 100 ans environ),
pour laquelle le pont ne doit provoquer aucune gêne
sensible alentours ;
- la crue exceptionnelle (de période de retour 200 à
500 ans), pour laquelle le pont doit limiter la gêne
alentours en cas de dysfonctionnement.
A cette liste, il faut ajouter toutes les combinaisons
possibles avec un affluent d’importance équivalente
au cours d’eau franchi par le projet de pont. La
concomitance de crues d’ampleur équivalente sur le
cours principal et sur l’affluent n’est pas nécessairement
la combinaison la plus pénalisante, notamment quand
le remblai d’accès du projet coupe la zone de mélange
20
Cours d’eau et ponts
)
)
des eaux (confluence au sens large, en crue) des deux
affluents : le déséquilibre induit par le remblai peut
alors être plus prégnant pour une crue forte sur l’une
des rivières et modeste sur l’autre.
La concomitance d’événements hydrologiques ne
donne pas systématiquement lieu à un événement de
probabilité plus faible que celle des deux événements
qui l’ont généré. L’indépendance statistique des crues
de l’un et l’autre affluent conditionne directement la
prise en compte d’une probabilité résultante comme
le produit des probabilités des événements séparés
qui lui ont donné naissance ou comme la fusion de
ces probabilités. Ainsi, si les crues des deux affluents
sont totalement indépendantes, une crue décennale
sur l’un n’aura qu’une chance sur cent de rencontrer
une crue décennale sur l’autre affluent exactement à
la confluence, soit une crue résultante centennale.
Inversement, si les crues sont totalement liées
(événements climatiques et cinétiques de crue), la crue
résultante ne sera que décennale.
Crues de conception du projet
Le projet doit être conçu pour n’avoir aucun impact
sensible sur la crue de plein bord, afin de ne pas
provoquer de débordement prématuré du fait de sa
seule présence.
Il doit également limiter ses impacts hydrauliques à
des valeurs admissibles pour la crue de référence du
risque d’inondation, à savoir, les Phec (Plus Hautes
Eaux Connues) si la valeur du débit correspond à une
période de retour au moins centennale ou, à défaut,
la crue centennale.
Crues de vérification du projet
Le projet doit être conçu pour ne pas aggraver le risque
d’inondation par sa présence ou sa défaillance possible
lors des crues exceptionnelles dépassant les crues de
conception du projet. Une valeur de débit de pointe
correspondant à une période de retour comprise entre
200 et 500 ans, en fonction de la sensibilité des enjeux
environnants, pourra être retenue.
Crues de chantier
Le chantier de construction obstrue généralement
plus le cours d’eau que le projet lui-même, et doit être
conçu de manière à satisfaire aux exigences de bonne
gestion du risque d’inondations. Il est admis que les
chantiers dans le lit des cours d’eau doivent minimiser
autant que faire se peut l’impact hydraulique pour
toutes les crues de période de retour inférieure ou égale
à 10 ans par année de durée du chantier, et devenir
notions générales
transparents(5) (c’est-à-dire, sans impact sensible) pour
des crues plus fortes.
La détermination des conditions hydrologiques de
conception et de vérification des ouvrages ne se limite
pas nécessairement à un simple traitement statistique
des données des stations hydrométriques voisines. Le
concepteur doit toujours avoir en tête le fait que les
infrastructures qui perturbent les écoulements en lit
mineur ou en lit majeur, ainsi que les aménagements
hydrauliques spécifiquement dédiés à la maîtrise des
écoulements, sont susceptibles d’avoir une incidence
sur l’hydrologie au droit du projet, incidence
dont ne rendra pas forcément compte une station
hydrométrique.
Ainsi, lorsque la zone du projet se trouve sous
l’influence du marnage d’un cours d’eau voisin, de
la marée ou encore des manœuvres d’un barrage
mobile de régulation des niveaux d’eau, en aval (en
régime fluvial) ou en amont (en régime torrentiel),
le concepteur devra prendre garde au fait que la
situation hydrologique la plus contraignante ne sera
certainement pas une situation d’hydrologie libre, mais
une situation combinant une hydrologie de l’amont
assez forte et une hydrologie de l’aval donnant des
niveaux d’eau plutôt bas.
2.2 - Notions d’hydraulique
2.2.1 - Écoulements à surface libre et
en charge
Caractérisations géométriques
On oriente l’écoulement d’une rivière de l’amont vers
l’aval et on se positionne souvent le long du cours d’eau
à l’aide du Point Kilométrique (PK).
La pente du cours d’eau joue un rôle prépondérant
dans la nature des écoulements, car c’est par elle que
l’action de la pesanteur se transforme en force motrice
du fluide. Exprimée en mètres par mètre (m/m) et
souvent notée i ou I, elle se calcule en divisant la
dénivelée altimétrique entre les points du fond de
deux sections distinctes de rivière, par la distance
horizontale qui les sépare. Elle est souvent donnée en
valeur absolue, bien que localement, pour un tronçon
de rivière donné, le point bas de l’amont puisse être
plus bas que le point bas de l’aval. La pente de la rivière
peut être différente de la pente de la vallée, qui est
)
)
calculée dans le lit majeur sans suivre nécessairement
les éventuels méandres du cours d’eau.
Dans une section en travers donnée, on appelle miroir
l’interface entre l’eau et l’air. La largeur au miroir est
la distance entre les deux limites d’extrémité du miroir.
Notée B, elle s’exprime en mètres (m). Dans les rivières
chenalisées, on appelle plafond la largeur horizontale
du fond (le plat fond) lorsqu’elle existe.
B
S
p
Partie 2 - Figure 4 : rayon hydraulique
Source : D. Goutx (Cete Normandie-Centre - Lrpc Blois)
Notion de rayon hydraulique
La surface d’eau comprise dans le plan de coupe de
la section en travers, est la surface mouillée, notée S
et exprimée en mètres carrés (m²). Elle est bornée en
limite supérieure par l’interface entre l’eau et l’air (le
miroir), mais aussi par une courbe d’interface entre
l’eau et le lit, dont la longueur curviligne est appelée
périmètre mouillé, noté p et exprimé en mètres (m).
Enfin, on définit le rayon hydraulique comme étant le
rapport de la surface mouillée par le périmètre mouillé,
noté Rh, exprimé en mètres (m) (cf. Partie 2 - Figure 4).
Cette quantité retranscrit peu ou prou l’influence de
l’interface eau - lit sur la capacité d’écoulement de la
section, c’est-à-dire que pour une surface donnée, plus
le rayon hydraulique est important, plus l’interface eau
- lit est réduite ou encore, plus la frontière de la section
d’écoulement est de nature « air » plutôt que « lit ».
Le frottement de l’eau sur l’air étant moindre que
celui de l’eau sur le lit, la section mouillée est le
siège de l’action motrice de l’écoulement tandis que
le périmètre mouillé est la zone où s’exerce l’action
de ralentissement par frottement, et donc, que le
rayon hydraulique traduit, pour une géométrie
donnée, le rapport de force entre action motrice et
ralentissement.
() Cette notion et l’exigence de transparence hydraulique qui lui est corollaire
sont précisées au paragraphe 2.3.3.
Hydraulique et ponts
21
notions générales
Grandeurs hydrauliques
Pour une section d’écoulement S donnée, on définit
le débit comme étant le volume de liquide écoulé à
travers la surface S de cette section pendant l’unité de
temps. Il est noté Q, et s’exprime en m3/s. Si V(M)
désigne la composante normale à la section considérée
en un point M de celle-ci, on a :
On définit la vitesse moyenne de l’écoulement, notée
V et exprimée en mètre par seconde (m/s), le rapport
du débit par la section normale d’écoulement.
Le niveau d’eau, noté Z et exprimé en mètres (m), est
compté dans un système de référence altimétrique(6).
La hauteur d’eau, notée h et exprimée en mètres (m),
est comptée à partir du fond de la rivière en un endroit
donné. Lorsque le fond est irrégulier, on estime que
la hauteur moyenne hmoy est le rapport de la section
mouillée S par la largeur au miroir B.
Charge hydraulique
Le niveau d’eau n’est que l’une des composantes d’une
grandeur caractéristique plus pertinente de l’énergie
du cours d’eau : la charge hydraulique, également
appelée charge de Bernoulli, notée H, exprimée en
mètres (m).
En un point M donné de la trajectoire d’une molécule
de fluide, cette quantité a pour expression :
[Partie 2 - Équation 4 - Charge hydraulique en un point]
Z est la cote absolue ou le niveau d’eau, exprimée en
mètres (m).
P est la surpression, exprimée en Pascals (Pa), au-dessus
de la pression atmosphérique.
ρ est la masse volumique de l’eau (1 000 kg/m3).
g est l’accélération de la pesanteur (9,81 m/s²).
V est la vitesse, exprimée en mètres par seconde
(m/s).
L’un des intérêts de cette charge hydraulique est
d’intégrer les contributions des trois facteurs d’énergie
« mécanique » hydraulique que sont :
• Z, pour l’énergie potentielle, liée aux forces de
volume ;
•
, pour l’énergie de pression, liée aux forces de
•
)
)
et, pour l’énergie cinétique, liée aux forces
d’inertie.
Pour un écoulement à surface libre, la pression dans
le liquide étant considérée comme hydrostatique, et
l’écoulement ne décrivant pas une courbe prononcée,
on peut établir la charge hydraulique de toute une
section d’écoulement à partir de la somme des charges
des points la constituant :
[Partie 2 - Équation 5 - Charge hydraulique dans une section]
où
est le coefficient, dit de
Boussinescq, qui traduit l’hétérogénéité des vitesses
dans la section en travers. Usuellement, ce nombre
varie entre 1 et 1,15.
Dans la pratique, il est rare de considérer b ≠ 1,
mais certains modèles de simulation permettent au
modélisateur de fixer une valeur de ce paramètre
différente de 1.
Les perturbations induites par une infrastructure de transport
traversant une vallée inondable sont généralement rapportées à la
charge hydraulique dans la section concernée, et appelées pertes de
charge singulières. Les répercussions de ces pertes de charge singulières
portent à la fois sur la hauteur d’eau et sur la vitesse d’écoulement,
mais dans des proportions et des directions qui dépendent étroitement
du régime d’écoulement du cours d’eau.
Régime d’écoulement
On classe les cours d’eau et leurs écoulements en
deux catégories d’hydraulique : ceux du régime
fluvial et ceux du régime torrentiel. Pour une charge
hydraulique H donnée, deux couples (Z, V) peuvent
convenir : (Zf, Vf ) et (Zt, Vt).
Le régime fluvial se caractérise par une vitesse faible
et une hauteur d’eau importante, tandis que le régime
torrentiel se caractérise par une vitesse importante et
une hauteur d’eau faible :
Zf > Zt et Vf < Vt
La pente détermine le régime qui s’établit en un
endroit donné pour une charge hydraulique donnée,
mais le critère d’identification du régime repose sur
le nombre de Froude :
pression ;
[Partie 2 - Équation 6 - Nombre de Froude]
(6) Le système altimétrique de référence est actuellement celui du Nivellement
Général de la France de l’IGN fixé en 1969, en abrégé : NGF IGN 69. De
nombreuses données sont toutefois encore connues dans des systèmes altimétriques
antérieurs : « NGF ortho », « Bourdaloue », « Lallemand ». Les écarts entre ces
référentiels peuvent être de plusieurs décimètres.
22
Cours d’eau et ponts
Le régime fluvial est caractérisé par F < 1 tandis que
le régime torrentiel est caractérisé par F > 1.
notions générales
La principale conséquence de cette distinction
pour la conception des aménagements de rivière
est que, selon le régime, les obstacles et autres
perturbations ponctuelles de l’écoulement vont avoir
des répercussions plutôt vers l’amont en régime fluvial,
et plutôt vers l’aval en régime torrentiel.
On caractérise le régime critique, pour lequel le nombre
de Froude est égal à 1, qui marque la séparation entre
régime fluvial et régime torrentiel, par la hauteur
critique hc. En régime fluvial, la hauteur d’eau est
supérieure à la hauteur critique. En régime torrentiel,
la hauteur d’eau est inférieure à la hauteur critique. La
hauteur critique dépend uniquement de la géométrie
du profil en travers et du débit considéré.
)
)
Ce paramètre est généralement étalonné à partir
de couples (Q, Z) connus au droit de la section de
calcul si on dispose de telles données. Entre deux
lieux d’étalonnage, la rugosité est soit prise égale à
la rugosité de la section étalonnée la plus proche en
aval, soit interpolée entre les rugosités des sections
étalonnées encadrant la section du calcul.
Lorsque, comme c’est le cas dans la majorité des
calculs, les rugosités des lits mineur et majeur sont
distinguées, un premier couple (Q,Z) pour une
situation de faible débordement sert à étalonner la
rugosité de lit mineur, et un deuxième couple (Q,Z)
pour une situation de large débordement sert à
étalonner la rugosité de lit majeur.
Rugosité
Pertes de charge singulières
Le théorème de Bernoulli énonce que la charge
hydraulique entre deux sections consécutives
se conserve, aux pertes de charge régulières par
frottement près.
Lorsque les caractéristiques géométriques du lit
varient, cela provoque une perturbation des trajectoires
des particules de fluide. Les veines liquides tendent à
épouser les formes géométriques contre lesquelles elles
glissent, à la couche limite près. Mais lorsque la vitesse
des particules de fluide est trop importante par rapport
à l’angularité de l’obstacle, les veines liquides se
décollent localement de l’obstacle puis se rabattent vers
la position qu’elles auraient dû occuper en l’absence de
l’obstacle, quelque distance plus en aval. Dans la zone
comprise entre ce point de décollement, le retour à la
trajectoire non-perturbée et l’obstacle, l’eau amorce un
mouvement de recirculation qui réalimente le point de
décollement de la veine liquide, si bien qu’il en résulte
une dissipation localisée de charge hydraulique. Ce
phénomène est désigné sous l’appellation de perte de
charge singulière.
On définit la perte de charge linéaire, notée j et
exprimée en mètre par mètre (m/m), comme étant la
pente de la ligne de charge hydraulique :
[Partie 2 - Équation 7 - Perte de charge]
Ces pertes de charge régulières résultent de l’interaction
entre le lit rugueux et le fluide qui génère une couche
limite fortement turbulente. Elles sont estimées à l’aide
de la formule de Strickler (qui établit une relation entre
la vitesse moyenne, le rayon hydraulique et la pente
en régime uniforme) :
[Partie 2 - Équation 8 - Perte de charge linéaire par frottement de
Strickler]
Le coefficient de Strickler K traduit l’inverse de
la rugosité du périmètre mouillé du lit. Il prend
usuellement des valeurs comprises entre 25 et 45 en lit
mineur, et entre 5 et 15 en lit majeur. Le coefficient de
Manning n est tout simplement l’inverse du coefficient
de Strickler K.
Il est également courant de considérer le coefficient de
rugosité de Chézy C qui est lié à K par la relation :
C = K.Rh1/6
[Partie 2 - Équation 9 - Relation entre K et C]
Le concepteur de projet a rarement recours lui-même à la formule de
Strickler ou de Chézy, mais la note hydraulique qui sera produite à son
intention comprendra nécessairement une modélisation de la rugosité
selon l’une de ces formules. Le concepteur pourra alors apprécier la
pertinence des coefficients de rugosité proposés par l’hydraulicien en
se reportant aux tables des valeurs usuelles.
Partie 2 - Figure 5 : schéma des lignes de courant dans le lit mineur
perturbé par un franchissement, et visualisation des tourbillons
générés dans le sillage de la pile – Source : D. Goutx (Cete Normandie-Centre
- Lrpc Blois)
Hydraulique et ponts
23
notions générales
Les pertes de charge singulières sont estimées à l’aide
d’une formulation dite de « Borda » directement
empruntée à l’hydraulique des écoulements en
charge :
Cx = 2,0
Cette formule très simple combine les facteurs
représentatifs de la géométrie (et notamment de son
hydrodynamisme) dans un paramètre adimensionnel ξ
qui, multiplié par la fraction d’énergie cinétique liée à
la survitesse des veines liquides au droit de l’obstacle,
fournit une évaluation de la charge hydraulique
totale perdue dans la section entière où se trouve
l’obstacle.
Cx = 0,3
Partie 2 - Figure 6 : illustration de quelques formes géométriques
Source : D. Goutx (Cete Normandie-Centre - Lrpc Blois)
[Partie 2 - Équation 10 - Force de traînée]
où ρ est la masse volumique, V la vitesse de
l’écoulement au droit de l’obstacle, A le maître-couple
de l’obstacle selon la direction de l’écoulement, et
C x le coefficient de pénétration dans l’eau (ou
coefficient de traînée).
Forme de l’obstacle
Coefficient de traînée
Circulaire
1,20
En cigare avec des faces amont et aval en demi-cercle
1,33
Elliptique (rapport grand axe / petit axe de 2/1)
0,60
Elliptique (rapport grand axe / petit axe de 4/1)
0,32
Elliptique (rapport grand axe / petit axe de 8/1)
0,29
Carré
2,00
Triangulaire (d’angle à l’axe d’écoulement 30°)
1,00
Triangulaire (d’angle à l’axe d’écoulement 60°)
1,39
Triangulaire (d’angle à l’axe d’écoulement 90°)
1,60
Triangulaire (d’angle à l’axe d’écoulement 120°)
1,72
Partie 2 - Tableau 1 : coefficients de traînée de quelques formes usuelles
Cours d’eau et ponts
Cx = 1,2
Cx = 1,0
Le pendant de cette dissipation d’énergie subie
par l’écoulement est, pour l’obstacle, l’existence
d’une force de traînée qui est estimée à l’aide d’une
formulation classique en mécanique des fluides :
24
Cx = 1,6
)
)
notions générales
)
)
Enfin, il faut signaler que cette zone de tourbillons
(d’autant plus violents que la vitesse est forte) est très
active d’un point de vue de son potentiel d’érosion.
Ce mouvement tourbillonnaire périodique (7) de
l’écoulement local exerce sur le lit une contrainte de
cisaillement sensible et continue qui peut générer
d’importants affouillements jusqu’à ce que se soit
formée une zone tampon (fosse d’affouillement) de
dissipation des tourbillons (cf. partie 3, point 3.2).
La délimitation de la zone dans laquelle se développent
les tourbillons est assez difficile, car le phénomène
relève de l’hydraulique tridimensionnelle. Une
formule permet d’approcher de manière paramétrique
la longueur maximale de développement des
tourbillons :
[Partie 2 - Équation 11 - Longueur de développement de grands
tourbillons](8)
où C est le coefficient de rugosité de Chézy, h est
la hauteur d’eau moyenne et g l’accélération de la
pesanteur.
Selon la configuration géométrique locale, le
développement des tourbillons peut être contrarié par
un obstacle physique qui confine les tourbillons dans
un espace restreint, augmentant encore la capacité
d’érosion du phénomène.
Partie 2 - Figure 7 : lignes de courant et champs de pressions dans le
sillage d’une pile ronde
Source : extrait du site Internet http://joas.free.fr/studies/karman/vonkarma.htm
() appelée « allée de tourbillons de Von Karman »
() d’après Rock Manual, section 4.3
L
Pile n°1
Pile n°2
Partie 2 - Figure 8 : modélisation 2D des écoulements dans le sillage des piles
du pont de Chaumont sur Loire en crue centennale – Source : K. Leroy, D. Goutx (Cete
Normandie-Centre - Lrpc Blois)
Partie 2 - Figure 9 : modélisation 2D d’un écoulement
tourbillonnaire entre deux piles de pont – Source : D. Goutx (Cete
Normandie-Centre - Lrpc Blois)
Hydraulique et ponts
25
notions générales
Courbes de remous
En dehors de toute perturbation, l’écoulement tend à
adopter les valeurs des variables d’état d’un écoulement
uniforme équivalent à cet endroit, caractérisé par la
géométrie locale et notamment, la pente locale. La
hauteur d’eau de l’écoulement uniforme équivalent
vers laquelle tend l’écoulement réel graduellement
varié est appelée hauteur d’eau « normale », hn.
La gêne d’un obstacle sur l’écoulement se traduit en
réalité, pour un cours d’eau à surface libre, par une
répartition spatiale de la perte de charge singulière en
amont et en aval de l’obstacle qui la génère. Écartée
de son niveau normal, la ligne d’eau tend à retrouver
celui-ci moyennant des courbes de raccordement
qu’on appelle « courbes de remous ». Autrement dit,
pour une hauteur d’eau h s’écartant de la hauteur
normale hn, on connaît la courbe d’atténuation de la
quantité h - hn vers l’amont ou vers l’aval de la
perturbation, selon le régime.
)
)
Les courbes de remous ci-dessous montrent qu’en
régime fluvial local, à partir d’une hauteur h donnée,
on tend toujours à l’amont vers une valeur déterminée
hn ou hc : il suffit de connaître la hauteur dans une
section donnée pour déterminer la hauteur dans les
sections situées en amont. Et de fait, une perturbation
de l’écoulement (telle qu’un pont) à un endroit donné
n’a de répercutions qu’en amont de celui-ci.
A l’inverse, en régime torrentiel local, à partir d’une
hauteur h donnée, on tend vers une valeur connue
hn ou hc... vers l’aval : il suffit de connaître la hauteur
d’eau dans une section donnée pour déterminer la
hauteur d’eau dans les sections situées en aval. Une
perturbation (telle qu’un pont) apportée à l’écoulement
n’aura de répercussions qu’en aval de celui-ci.
Pour ces raisons, on dit que le régime fluvial est
contrôlé par l’aval, tandis que le régime torrentiel est
contrôlé par l’amont.
A titre d’illustration, en lit simple, l’équation de ces
variations s’écrit :
[Partie 2 - Équation 12 - Courbes de remous]
où i est la pente du fond, j est la pente de la ligne de
charge, F est le nombre de Froude.
hn
J < Jc
hc
hc
J > Jc
Partie 2 - Figure 10 : régime fluvial normal (hn > hc )
Partie 2 - Figure 11 : régime torrentiel normal (hn < hc )
• Régime fluvial local (h > hc)
➩ vers l’amont, h tend à retrouver hN
➩ vers l’aval, si h > h n, la ligne d’eau tend vers
l’horizontale et si hn > h > hc, h tend vers hc
• Régime fluvial local (h > hc)
➩ vers l’amont, h tend vers hc
➩ vers l’aval, la ligne d’eau tend vers l’horizontale
Source : D. Goutx (Cete Normandie-Centre - Lrpc Blois)
• Régime torrentiel local (h < hc)
➩ vers l’amont, h tend vers zéro
➩ vers l’aval, h tend vers hc
26
hn
Cours d’eau et ponts
Source : D. Goutx (Cete Normandie-Centre - Lrpc Blois)
• Régime torrentiel local (h < hc)
➩ à vers l’amont, si h > hn, h tend vers hc et si h < hn,
h tend vers zéro
➩ vers l’aval, h tend vers hn
notions générales
��
��
��
Atténuation du remous
La perte de charge singulière liée à un ouvrage est
maximale (h - hnmax) à proximité immédiate de
l’obstacle qu’il représente. Mais cette valeur ne suffit
pas à apprécier correctement l’impact hydraulique
de cet ouvrage : il faut connaître la valeur de
l’exhaussement provoqué par l’ouvrage dans toute sa
zone de remous, c’est-à-dire, dans toute la zone où la
présence de l’obstacle se traduit par un écartement
de la ligne d’eau par rapport à l’hydraulique de l’état
avant aménagement.
En première approche, on peut calculer la longueur
d’amortissement du remous. Cette longueur L est telle
que la quantitéh - hn est inférieure à une certaine
tolérance (notée ε) à une distance L de l’obstacle
générant le remous.
Lorsque des caractéristiques de pente moyenne (i),
hauteur moyenne (hmoy) et de nombre de Froude (F)
moyen sont connues sur un tronçon homogène de cours
d’eau, et en faisant l’hypothèse que le seul lit mineur
supporte toute la perte de charge et l’amortissement
du remous résultant, la formule suivante(9) permet de
calculer la longueur d’amortissement du remous :
Remous
(cm)
)
)
Partie 2 - Figure 12 : illustration de la longueur d’amortissement
du remous – Source : D. Goutx (Cete Normandie-Centre - Lrpc Blois)
hmoy peut, pour faciliter le calcul, être assimilée à hn.
Si on considère :
alors :
• le remous résiduel à la distance L = L 0 est égal
à 37 % du remous maximal (h - hnmax) ;
• le remous résiduel à la distance L = 2,3.L0 est égal
à 10 % du remous maximal (h - hnmax) ;
• le remous résiduel à la distance L = 4,6.L0 est égal
à 1 % du remous maximal (h - hnmax).
Remous
(cm)
11
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
10 000
20 000
30 000
40 000
50 000
60 000
70 000
80 000
90 000
Distance en amont (m)
Partie 2 - Figure 13 : exemple d’amortissement paramétrique d’un
remous maximal de 10 cm sur un cours d’eau de pente 1 pour dix
mille, de hauteur d’eau moyenne de 6 m pour un nombre de Froude
de 0,016 (la zone de résidu de remous inférieure à 1 cm est grisée
pour mémoire) – Source : D. Goutx (Cete Normandie-Centre - Lrpc Blois)
0
500
1 000
1 500
2 000
2 500
3 000
3 500
Distance en amont (m)
Partie 2 - Figure 14 : exemple d’amortissement paramétrique d’un
remous maximal de 10 cm sur un cours d’eau de pente 1 pour mille,
de hauteur d’eau moyenne de 3 m pour un nombre de Froude de
0,13 (la zone de résidu de remous inférieure à 1 cm est grisée pour
mémoire) – Source : D. Goutx (Cete Normandie-Centre - Lrpc Blois)
() Nicollet, G., and Uan, M. (1979). « Ecoulements permanents à surface libre
en lits composés » La Houille Blanche (1), 21-30.
Hydraulique et ponts
27
notions générales
2.2.2 - Complexité des écoulements réels
d’un cours d’eau
En réalité, l’écoulement ne répond pas toujours aux
hypothèses filaires. Plusieurs facteurs sont susceptibles
de perturber les caractéristiques locales spatialisées
des écoulements. Ces facteurs doivent être anticipés
correctement par le concepteur de pont pour minimiser
la gêne occasionnée par son projet.
Zone de cisaillement à la frontière entre lit mineur et lit
majeur
En premier lieu, les écoulements en lit mineur sont
plus rapides que les écoulements dans le lit majeur,
car la rugosité du lit mineur, fréquemment en eau, est
moindre que celle du lit majeur, occasionnellement ou
rarement en eau et moins adapté au passage de l’eau.
On peut ainsi considérer séparément un écoulement
dans le lit mineur et deux écoulements de lit majeur
de part et d’autre du lit mineur, reliés par une zone
de transition turbulente où les écoulements sont
fortement cisaillés. On considère communément que
cette zone de transition dans le lit majeur présente
une largeur égale à 1/5ème de la largeur du lit mineur,
et que la vitesse moyenne y passe linéairement de la
valeur du lit mineur à la valeur du lit majeur.
La situation réelle est toutefois compliquée par le fait
que la vitesse moyenne d’écoulement en lit majeur est
généralement une vue de l’esprit, une valeur moyenne
ne rendant pas compte des fortes hétérogénéités de
vitesses d’écoulements dans chaque lit majeur.
Le concepteur veillera donc à ne pas perturber la zone de cisaillement,
et donc, à enjamber non-seulement le lit mineur tel qu’il est perçu
à l’étiage ou sur les cartes, mais aussi les 20 % de surlargeur
supplémentaire de part et d’autre, sauf à considérer que des éléments
topographiques structurants empêchent la formation de cette zone
latérale.
28
)
)
naturelles et les obstacles naturels et artificiels qui
parsèment le lit majeur.
Selon l’ampleur du débordement, les mêmes obstacles
peuvent voir leur influence varier sensiblement.
Lorsque le débordement n’est que de l’ordre de
quelques décimètres, la moindre route en léger
remblai, le moindre massif de ronces denses, le
moindre champ de blés levés peuvent constituer un
obstacle quasiment infranchissable par l’écoulement
en lit majeur à ces endroits. Cela se traduira par une
vitesse moyenne nulle ou quasi-nulle. Mais de fait,
une telle obstruction locale se traduira par un report
des écoulements ici contrariés vers les quelques zones
de lit majeur où l’écoulement est possible ou favorisé,
comme par exemple une rue parallèle à l’écoulement,
un chemin forestier entretenu au milieu d’un massif
densément boisé.
Ces exemples montrent également à quel point la
saison pour laquelle l’hydraulique est étudiée peut
avoir une forte incidence lorsque le lit majeur est
majoritairement consacré à l’agriculture. Si un champ
de blés levés peut constituer un obstacle sérieux au
passage des eaux, le même champ en hiver, figé par
une gelée sévère, devient une zone préférentielle
d’écoulement.
De même, il est évident qu’avec l’amplification du
débordement, des obstacles très contraignants peuvent
être vaincus et voir leur influence sur les écoulements
fortement amoindrie. Ainsi, des blés finissent par se
coucher lorsqu’ils sont submergés par plusieurs mètres
d’eau, les petits remblais sont surversés, etc. Or, il est
évident que, pour une crue de très fort débit maximal,
le lit majeur passe successivement par des états de
rugosité "apparente" correspondant à celle de faibles
débordements contrariés par le moindre obstacle, puis
à celle de débordement moyen trouvant son passage
dans les obstacles les moins durs, puis de débordement
majeur faisant fi de la plupart des obstacles submergés,
avant d’amorcer la décrue.
Hétérogénéité des rugosités et des écoulements en lit
majeur
Les configurations de projet doivent donc considérer l’état général
des facteurs concourrant à la rugosité hydraulique.
Le lit majeur n’est par définition pas une zone
façonnée par l’écoulement pour une optimisation
des cheminements hydrauliques comme peut
l’être le lit mineur. C’est plutôt une zone dont
la topographie est assez faiblement accidentée,
et dont l’occupation du sol et les aménagements
anthropiques s’affranchissent totalement ou presque
des caractéristiques topographiques à l’échelle de
variations qui intéresse l’hydraulique, c’est-à-dire,
de l’ordre du décimètre au mètre. Ainsi, lorsque les
eaux d’un cours d’eau débordent et s’épandent dans le
champ d’expansion, elles doivent littéralement trouver
un chemin à travers les opportunités topographiques
Topologie des écoulements en lit majeur
Cours d’eau et ponts
La rugosité locale apparente qu’un obstacle peut
opposer aux écoulements en lit majeur ne suffit pas à
appréhender correctement les écoulements débordants
dans la situation non encore aménagée. Il ne suffit pas à
une zone locale d’être de faible rugosité pour entraîner
un écoulement de vitesse sensible. Encore faut-il que
les écoulements trouvent leur chemin à travers le lit
majeur pour atteindre cette zone, et qu’ils puissent en
sortir. L’analyse des cheminements de l’eau à travers le
lit majeur permet d’établir une topologie hydraulique
du lit majeur.
notions générales
Les différentes composantes de l’espace occupé par la
crue maximale d’un cours d’eau peuvent être le siège
d’écoulements de caractéristiques très différentes :
• écoulements préférentiels : dans le lit mineur et
dans les zones de cheminement préférentiel le long de
talwegs, rus longitudinaux ou encore bras fossiles du
cours d’eau en lit majeur, les écoulements ont tendance
à prendre de la vitesse et à entraîner autour d’eux les
veines liquides plus lentes ; la dimension caractéristique
de ces écoulements est la section mouillée active dans
un profil en travers de l’écoulement et la connectivité
effective tant à l’amont qu’à l’aval du cheminement ;
• zones d’expansion des crues : dans le lit majeur,
l’étalement des eaux de débordement à vitesse faible
mais non-nulle épuise naturellement le débit de
pointe des crues ; la dimension caractéristique de ces
écoulements est la surface de laminage ;
• zones de stockage d’eau : dans certaines zones du
lit majeur encadrées d’obstacles longitudinaux et
transversaux formant des coins d’eau, les eaux de
débordement sont piégées et ne peuvent ressortir (par
le même endroit que le point d’entrée) que lorsque le
niveau de crue diminue ; la dimension caractéristique
de ces écoulements est le volume retenu sous une cote
donnée.
2.2.3 - Conduite des calculs (données
nécessaires, calage d’un modèle…)
L’objet de ce paragraphe n’est pas de donner toutes les
clefs de réalisation d’une étude hydraulique en bonne
et due forme. Pour lire en détail la méthodologie
recommandée en vue de la détermination des
caractéristiques hydrologiques et hydrauliques
pertinentes, préalablement aux choix de conception
d’un pont notamment, le lecteur se reportera au
guide méthodologique pour le pilotage des études
hydrauliques, à paraître sous le double timbre du
ministère de l’Équipement (Dguhc) et du ministère de
l’Écologie et du Développement durable (Dppr), sous
la direction technique du Cetmef et du Cemagref.
Il est toutefois possible de décomposer sommairement
les études à mener pour la détermination des quantités
hydrauliques-clefs dans la décision du concepteur.
Au stade des études de tracé, il importe que le
concepteur identifie les cheminements préférentiels
et la topologie générale des écoulements de la vallée à
franchir, afin de retenir le tracé qui perturbe a priori
le moins possible les écoulements du cours d’eau. Il
s’agira donc pour lui d’identifier :
• la largeur du lit moyen, occupé par les crues
moyennes ;
• la largeur du lit majeur, dans lequel la transparence
hydraulique devra être assurée, etc, et ce d’autant plus
)
)
difficilement que le lit est large ;
• la pente moyenne, et surtout, la vitesse moyenne
des écoulements en lit mineur, ou tout autre indice
résultant d’une constatation in situ, afin d’identifier le
régime normal du cours d’eau (fluvial ou torrentiel) ;
• la mobilité relative du lit (cf. Partie 3, point 3.2.2) ;
• les enjeux situés en amont du projet (en régime
fluvial) ou en aval du projet (en régime torrentiel) qui
sont susceptibles de subir des aggravations du risque
d’inondation du fait du projet.
Lors du dossier d’Avant-Projet, l’important, pour
le concepteur, est de déterminer les ouvertures
hydrauliques à prévoir d’une part sur le lit mineur, et
d’autre part, dans le lit majeur (ouvrages de décharge).
Généralement, la mise en œuvre des méthodes
classiques (abaques de Bradley ou de Rehbock ou l’un
de leurs nombreux avatars) suffit pour disposer d’une
idée convenable de la largeur totale des ouvrages de
décharge à prévoir. Le morcellement de cette largeur
totale doit être prévu pour adapter les ouvertures
aux cheminements secondaires identifiés dans le lit
majeur en période de crue. Ces calculs nécessitent
de connaître, au droit de la zone de projet, en plus
des paramètres déterminés au moment de l’étude de
tracé :
• la hauteur d’eau en lit mineur (à l’aide d’un calcul
hydraulique) pour la ou les crues de projet…
• et donc, pour les débits correspondants (à l’aide d’un
calcul hydrologique) ;
• ainsi qu’une idée paramétrique de la répartition
des eaux entre lit mineur et lit majeur en fonction de
l’environnement et de l’accessibilité hydraulique des
abords du projet ;
• le nombre et le type de piles envisagées (rondes,
carrées, groupées par deux, trois ou plus, etc.).
En phase de conception définitive du projet, le maître
d’œuvre doit finaliser les ouvrages hydrauliques pour
maximiser leurs chances de remplir durablement la
fonction qui leur sera assignée, et pour ce faire, il lui
faudra définir plus précisément, au droit du projet :
• le type d’ouverture hydraulique et surtout, de
revêtement de la surface de contact entre l’eau et
l’ouvrage ;
• le type d’écoulement dans l’ouvrage, et surtout, les
éventuelles transitions entre régimes fluvial, critique
et torrentiel ;
• le type de raccordement entre la section de l’ouvrage
et la surface du remblai (voile béton en ailes à 45°,
etc.), dans un souci conjoint d’accompagnement
de la veine liquide pour réduire la perte de charge à
l’entrée ou à la sortie de l’ouvrage et de minimisation
du risque d’érosion à la jonction entre l’ouvrage en
dur et le remblai vulnérable ;
Hydraulique et ponts
29
notions générales
• le type de traitement du sol dans les ouvrages de
décharge ;
et ce, afin d’améliorer la précision des estimations des
pertes de charge singulières engendrées par chaque
ouvrage de décharge, mais également, vérifier la bonne
répartition des écoulements provenant de l’amont
dans les divers ouvrages de décharge, à l’aide d’une
analyse fine des écoulements. Celle-ci peut se réaliser
soit à l’aide d’un modèle numérique 1D permettant de
différencier les tubes de courant desservant les divers
ouvrages, soit à l’aide d’un modèle 2D si la complexité
de la topologie des écoulements ou encore, le biais
de l’infrastructure routière en travers de la vallée
inondable, le justifient.
Enfin, le maître d’œuvre devra produire une étude
d’impact en bonne et due forme, dans laquelle il
devra notamment démontrer l’innocuité relative de
l’infrastructure pour la crue de référence et pour la
crue de chantier notamment, en fonction des options
de conception découlant des précédentes analyses.
30
Cours d’eau et ponts
)
)
les incidences
régime torrentiel, avant de retrouver un régime fluvial.
Cette dernière transition est violente et s’accompagne
d’un phénomène spécifique de dissipation d’énergie
hydraulique appelé « ressaut ».
2.3 - Incidences des ponts sur
les écoulements liquides
2.3.1 - Modification du régime d’écoulement
Par la perte de charge que sa présence introduit dans
un écoulement fluvial normal, un pont peut provoquer
un changement de régime. Par la modification
éventuellement conséquente des caractéristiques
géométriques locales et l’augmentation directe de la
hauteur critique dans les sections d’écoulement où il
empiète, un pont peut provoquer un régime torrentiel
local dans un régime fluvial normal.
Dans la figure de gauche, le niveau d’eau au droit de
l’infrastructure reste supérieur à la cote du régime
critique (h’ c), si bien que l’écoulement, quoique
accéléré au passage de l’obstacle, demeure en régime
fluvial. Dans la figure de droite, le profil en long de la
ligne d’eau franchit la ligne du régime critique, si bien
que l’écoulement passe successivement, de l’amont
vers l’aval, par un régime fluvial, le régime critique, un
��
��
��
��
)
)
La formation d’un ressaut hydraulique aux abords d’un
ouvrage fait peser un risque substantiel sur la pérennité
de l’ouvrage, car son action érosive est très puissante.
Le concepteur d’ouvrage doit rechercher la suppression
de ce phénomène par tous les moyens.
Dans un lit de cours d’eau bien régulier (c’est-à-dire,
vraisemblablement artificialisé), le risque de ressaut
hydraulique peut être apprécié simplement par
comparaison entre la hauteur critique(10) (h’c) au droit
de l’ouvrage et la hauteur normale hn à l’aval immédiat
de l’ouvrage. Mais dès lors que le lit du cours d’eau
n’est pas de forme rectangulaire ou trapézoïdale, le
concepteur doit examiner le risque de passage local
en régime torrentiel, et donc, de formation d’un
ressaut, pour chaque tranche verticale de la section
transversale à l’écoulement en lit mineur pour laquelle
la notion de hauteur d’eau moyenne a un sens physique
(cf. Partie 2 - Figure 15 et Partie 2 - Figure 16).
��
��
��
��
��
��
��
��
Partie 2 - Figure 15 : transition de régime fluvial à régime fluvial
via un remous d’accélération au droit de l’ouvrage
Partie 2 - Figure 16 : transition d’un régime fluvial à un régime
fluvial via un régime torrentiel et un ressaut au droit de l’ouvrage
Source : D. Goutx (Cete Normandie-Centre - Lrpc Blois)
Source : D. Goutx (Cete Normandie-Centre - Lrpc Blois)
(10) On rappelle que la hauteur critique est celle pour laquelle le nombre de
Froude est égal à 1.
Hydraulique et ponts
31
les incidences
h1 h2
h3
h4
h5
h6
Rh2
h7 h8 h9
Rh74
Rh4
Rh5
Partie 2 - Figure 17 : segmentation d’une section en travers par
tubes de courant – Source : D. Goutx (Cete Normandie-Centre - Lrpc Blois)
Dans un tube de courant rectangulaire, en faisant
abstraction des interactions avec les tubes de courant
mitoyens qui ne sont pas nécessairement en régime
torrentiel, on peut estimer la longueur maximale du
ressaut à l’aide des formules(11) :
[Partie 2 - Équation 13 - Longueurs conjuguées du ressaut]
qui fournit les hauteurs conjuguées h 1 et h 2
respectivement en amont et en aval du ressaut, et
Lressaut = (4,9.S + 6,1).h2
où S est le degré de submersion du ressaut lorsque h2
est inférieure à la hauteur normale en aval
hn :
2.3.2 - Remous d’exhaussement généré par
un pont
Perturbation de la répartition des eaux
Contrairement à une idée reçue, la principale
incidence d’un pont sur les écoulements d’un cours
d’eau n’est pas liée aux formes des éléments constitutifs
du franchissement lui-même (tels que piles ou culées),
mais plutôt à la perturbation de la répartition des
eaux entre le lit majeur obstrué sur tout ou partie
de sa largeur par les remblais d’accès à l’ouvrage de
franchissement proprement dit.
En effet, ces remblais représentent un obstacle aux
écoulements en lit majeur, qui sont contraints de
rejoindre une ouverture dans cet obstacle pour
poursuivre le cheminement vers l’aval. Or, les
ouvertures disponibles sont généralement de deux
types :
• le dégagement réalisé dans le franchissement du lit
mineur ;
• les éventuelles ouvertures ménagées dans le remblai
à cette fin, appelées ouvrages de décharge.
(11) Extraites de : Hydraulique Générale. Écoulements à surface libre régime
permanent. A. Lencastre. Safege & Eyrolles, 1995
32
Cours d’eau et ponts
)
)
Ces ouvertures ont une capacité d’évacuation de
débit sous un niveau d’eau donné qui est moindre
que la capacité naturelle du profil en travers avant
aménagement, si bien que les reports de débits dont
le cheminement est contrarié en lit majeur ne peuvent
s’écouler à travers les ouvertures disponibles qu’au prix
de pertes de charge qui s’apparentent, en termes de
circulation routière, à un encombrement.
Ces pertes de charge sont la principale composante
du remous d’exhaussement qui est à craindre (et à
résorber) par le concepteur du projet.
Elles sont d’autant plus importantes que la répartition
des débits entre le lit majeur et le lit mineur dans
l’état avant aménagement fait jouer au lit majeur un
rôle non-négligeable dans l’acheminement du débit
total. Ainsi, à titre d’illustration, une répartition de
débit de 95 % en lit mineur et 5 % en lit majeur
(situation fréquente sur la Seine) avant aménagement
ne fait pas craindre une grande gêne à l’occasion de
la construction d’une infrastructure barrant la vallée,
tandis qu’une répartition de débit de 80 % en lit
mineur et 20 % en lit majeur (situation classique pour
des vallées naturelles à pente moyenne, de l’ordre de 5
à 10 pour mille environ) nécessitera une conception
soignée des ouvrages de décharge sous peine de subir
des remous d’exhaussement très importants.
Une solution de base qui peut être étudiée lors de la
conception d’une infrastructure de franchissement
de vallée inondable est celle d’un ouvrage simple
ouvert sur le seul lit mineur et des remblais d’accès
sans ouvrage de décharge. Cette solution, minimaliste
et susceptible de ne pas satisfaire à de nombreux
critères d’analyse environnementale, fournit en effet
l’impact maximal prévisible en termes de remous
d’exhaussement.
Conception des ouvrages de décharge
Dans la plupart des cas, des ouvrages de décharge sont
nécessaires pour atténuer le remous d’exhaussement
lié à l’obstruction du lit majeur par les infrastructures
d’accès au franchissement proprement dit. Même
lorsque ce n’est pas directement le cas, l’opportunité
de prévoir des ouvrages de décharge dans le projet peut
être appréciée au regard d’objectifs environnementaux
tels que rétablissement du passage de grand gibier,
rétablissement de la continuité hydraulique de
cheminements secondaires d’eaux de débordement ou
de portions de réseau hydrographique, etc.
Le concepteur du projet devra profiter au maximum
des possibilités d’ouverture de décharge hydraulique
offertes par les contraintes de conception routière
relatives au rétablissement du réseau intercepté par
l’infrastructure.
les incidences
Toutefois, il devra apporter un soin tout particulier
au positionnement des ouvrages de décharge le long
de l’infrastructure, avant même d’envisager leurs
dimensions. En particulier, tout ouvrage de passage
inférieur de voirie sous l’infrastructure projetée ne
fait pas nécessairement un ouvrage de décharge
hydraulique satisfaisant. L’efficacité d’un ouvrage de
décharge mal positionné peut être quasi-nulle.
La position d’un ouvrage de décharge doit résulter
en premier lieu de l’analyse de la topologie des
écoulements. Lorsque le lit majeur traversé est le
siège d’un réseau hydrographique drainant les coteaux
de la vallée ou encore, lorsque des cheminements
secondaires ont été décelés lors de l’analyse de
la topographie et de la morphologie de la vallée
traversée, les lieux d’intersection de ces micro-talwegs,
susceptibles de concentrer les modestes écoulements
de lit majeur, avec le tracé de l’infrastructure, sont les
lieux privilégiés pour l’emplacement des ouvrages de
décharge, car ceux-ci ont alors toutes les chances d’être
correctement « alimentés » depuis l’amont.
Une telle analyse peut facilement déboucher sur
deux positions (ou plus) propices à la construction
d’un ouvrage de décharge hydraulique. La tentation
est alors grande de rassembler ces ouvrages de
décharge en un seul lieu et un seul ouvrage posant
moins de complications constructives et cumulant
les caractéristiques dimensionnelles des ouvrages
fusionnés. Cela est cependant fortement déconseillé,
car un ouvrage unique cumulant les caractéristiques
dimensionnelles de deux ouvrages séparés ne cumulera
pas les capacités d’évacuation (et donc, de résorption
du remous d’exhaussement potentiel) des deux
ouvrages, faute de bénéficier de la même « attractivité »
hydraulique vis-à-vis des écoulements provenant de
l’amont de l’infrastructure.
L’analyse topologique peut conduire le concepteur du
projet à prédire les fractions d’écoulements provenant
de l’amont qui desserviront chacun des ouvrages de
décharge. La traduction visuelle de cette prédiction
correspond aux points de séparation des tubes de
courant, figurés dans le profil en travers en amont de
l’ouvrage.
Il n’est pas recommandé de contraindre les écoulements
en lit majeur à parcourir plus de 200 à 250 mètres le
long du remblai de l’infrastructure avant de rejoindre
un ouvrage de décharge, car cela risquerait de nuire
fortement à l’attractivité hydraulique effective de
l’ouvrage de décharge vis-à-vis des eaux au-delà de cette
distance. Autrement dit, à supposer que le lit majeur
soit complètement exempt de la moindre topologie
hydraulique qui concentrerait les écoulements depuis
l’amont, les ouvrages de décharge ne doivent pas être
séparés de plus de 400 à 500 mètres les uns des autres
le long du linéaire du remblai, et les ouvrages de
décharge aux extrémités ne devraient pas être à plus
de 250 mètres de la limite latérale du lit majeur.
)
)
Dimensionnement des ouvrages de décharge
En première analyse, le dimensionnement des ouvrages
de décharge consiste à établir une courbe faisant
correspondre la largeur d’ouverture cumulée de ces
ouvrages avec le remous d’exhaussement résultant en
amont. Le choix de la largeur d’ouverture cumulée
pour le projet résultera alors d’une analyse du remous
admissible en fonction des enjeux vulnérables et des
coûts des ouvrages.
Ce dimensionnement peut être effectué selon des
méthodes de complexité croissante.
Un pré-dimensionnement peut être effectué sur la
base de données paramétriques. On considère en effet
qu’il est approprié de limiter la vitesse d’écoulement
à environ 1,7 m/s dans les ouvrages de décharge en
lit majeur, pour satisfaire à la fois aux contraintes de
limitation de l’érosion aux abords de l’ouvrage et à une
efficacité raisonnable du débouché hydraulique par
rapport au différentiel des vitesses dans l’ouvrage et aux
abords de celui-ci. A condition de disposer d’une idée
correcte des répartitions de débits entre le lit majeur
et le lit mineur pour les crues de projet, il suffit de
considérer que la section cumulée dans les ouvrages
de décharge, multipliée par la vitesse d’objectif de
1,7 m/s, doit faire transiter la totalité du débit
intercepté en lit majeur, pour espérer raisonnablement
qu’aucune gêne liée à un report de débit entre lit
majeur et lit mineur n’est à craindre. Ceci suppose
toutefois que la vitesse d’objectif est effectivement
atteinte dans ces ouvrages, ce qui ne peut être vérifié
qu’à l’aide d’un calcul.
La méthode de calcul la plus simple consiste à supposer
que l’infrastructure projetée est orthogonale aux
écoulements, de sorte que le niveau d’eau contre le
linéaire de remblai traversant la vallée puisse être
considéré comme horizontal contre le talus. Autrement
dit, le niveau d’eau en amont et en aval de chaque
ouvrage de décharge, en lit mineur comme en lit
majeur, sont les mêmes pour tous ces ouvrages. Le débit
traversant chaque ouvrage peut être estimé de manière
classique en fonction des caractéristiques de pente
hydraulique et de frottement, à quoi sont ajoutées les
pertes de charge singulières à l’entrée et à la sortie de
chaque ouvrage. En particulier, les pertes de charge
singulières liées à l’ouvrage de franchissement du lit
mineur proprement dit peuvent avoir une incidence
à ce stade du dimensionnement. La contrainte d’un
niveau unique en amont de l’ensemble des ouvrages
permet d’ajuster les débits transitant dans chaque
ouvrage, dont la somme doit être égale au débit total
transitant dans la section libre avant aménagement.
Une méthode de calcul plus sophistiquée consiste à
tenir compte des points de séparation des tubes de
courant desservant chaque ouvrage de décharge, et
donc, de la perte de charge supplémentaire liée aux
distorsions des tubes de courant. Ceci nécessite un
module informatique adapté.
Hydraulique et ponts
33
les incidences
Il est naturellement recommandé, tant pour des
raisons purement hydrauliques que pour des raisons
de coût, de limiter au maximum le biais de l’ouvrage
par rapport à l’écoulement. Autrement dit, il convient
de concevoir le franchissement aussi orthogonalement
que possible à la vallée traversée. Les contraintes
opérationnelles liées aux projets réels ne permettent
hélas que très rarement d’effectuer cette optimisation
du tracé par rapport à la vallée, et souvent, un biais
non-négligeable est prévu entre l’infrastructure et le
cours d’eau. Ceci peut contrecarrer très sérieusement
la validité des méthodes présentées ci-dessus pour le
dimensionnement des ouvrages de décharge, car dans
un tel cas, le niveau d’eau ne peut être considéré comme
le même pour chaque ouvrage de décharge. Autrement
dit, les ouvrages de décharge prévus dans le remblai
ne sont pas desservis simultanément par l’écoulement
provenant de l’amont, mais successivement, si bien
que des phénomènes d’accumulation de coins d’eau
peuvent avoir lieu. Le dimensionnement des ouvrages
de décharge par les méthodes précédentes est alors
faux. Il est nécessaire de recourir à des calculs plus
sophistiqués tenant compte de la répartition spatiale
des écoulements : un modèle numérique filaire à
casiers peut être suffisant s’il est correctement conçu
et notamment si les cheminements hydrauliques
sont finement analysés, mais un modèle numérique
réellement bidimensionnel est sans doute préférable.
Optimisation des ouvrages de décharge
Le lit majeur intercepté ne présente pas nécessairement
des caractéristiques idéales d’acheminement des
eaux de débordement vers les ouvrages de décharge.
Même lorsque la topologie de la vallée est favorable
à la desserte des ouvrages de décharge, de simples
obstacles tels que chemin rural légèrement surélevé,
petit bois dense, haies susceptibles de se colmater
Partie 2 - Figure 18 : modélisation 2D des écoulements de l’Aveyron dans
son lit majeur de rive gauche au droit d’Albias (noter la direction des
écoulements, orthogonale à l’axe du lit mineur) – Source : K. Leroy, D. Goutx
(Cete Normandie-Centre - Lrpc Blois)
de flottants en temps de crue, etc, peuvent dégrader
fortement la capacité théorique d’évacuation d’un
ouvrage de décharge en « asphyxiant » le cheminement
d’alimentation par les eaux provenant de l’amont.
Il peut alors être utile, voire nécessaire, de procéder
à une optimisation des cheminements des eaux
provenant de l’amont, en aménageant par exemple
des chenaux libres en amont de l’infrastructure. Ces
chenaux ne sont pas nécessairement creusés dans le lit
majeur : il peut s’agir simplement d’une portion de lit
majeur aplanie et arasée à la cote du terrain naturel
ou très légèrement en-dessous, et surtout, dégagés de
toute végétation.
L’optimisation peut également consister en un
traitement des cheminements de desserte latérale
des ouvrages de décharge hydraulique. Les eaux
proches des points de séparation des eaux en amont
des ouvrages de décharge sont celles qui subissent
le cheminement le plus tortueux depuis la ligne de
courant théorique d’avant aménagement jusqu’à
l’ouverture de décharge. Ce cheminement tortueux,
générateur de perte de charge hydraulique, et donc,
de risque de remous d’exhaussement, peut être facilité
grâce à un traitement équivalent à celui proposé en
amont droit devant les ouvrages de décharge.
Enfin, quoique cela ne soit pas véritablement crucial
pour la capacité d’évacuation des ouvrages de
décharge, il convient de prévoir un raccordement
aussi doux que possible des surfaces de traversée
du remblai de l’infrastructure et du talus de cette
infrastructure. Les pertes de charges singulières à
l’entrée et à la sortie des ouvrages de décharge en
seront sensiblement réduites, et ainsi, les risques de
dégradation des abords immédiats et du pied de talus
du remblai seront amoindris.
Partie 2 - Figure 19 : modélisation 2D des écoulements de l’Aveyron dans
son lit majeur de rive gauche au droit d’Albias, à travers les ouvrages de
décharge de l’autoroute A20 (noter les écoulements qui longent le remblai
sans s’engouffrer dans les ouvrages de décharge) – Source : K. Leroy, D. Goutx (Cete
Normandie-Centre - Lrpc Blois)
34
Cours d’eau et ponts
)
)
les incidences
Minimisation des pertes de charge spécifiquement liées au
franchissement du lit mineur
Si, dans le cas des ouvrages anciens, la conception
de l’ouvrage de franchissement du cours d’eau posait
l’essentiel du problème hydraulique, les techniques
de construction sont aujourd’hui telles que cet
ouvrage n’est que rarement la source d’une gêne à
l’écoulement, pour peu que quelques règles simples
soient respectées. Ces règles résultent de l’analyse des
contraintes hydrauliques s’exerçant sur l’ouvrage audessus du lit mineur.
La perte de charge singulière spécifiquement liée à
l’ouvrage de franchissement est calculée de manière
plus détaillée que celle liée aux ouvrages de décharge en
lit majeur car elle s’exerce sur une vitesse d’écoulement
sensiblement plus grande. Trois éléments concourent
à la formation de la perte de charge singulière :
• le rétrécissement de section lié à l’empiètement des
culées dans le lit mineur ;
• l’obstruction des piles dans la section rétrécie ;
• le biais général de l’ouvrage.
Le rétrécissement de section lié à l’empiètement
des culées dans le lit mineur contraint les lignes de
courant interceptées à se tordre pour entrer dans
l’ouverture hydraulique rétrécie, et ce, au prix d’une
perturbation de leur propre cinétique comme de celle
des lignes de courant voisines. Il est lié d’une part au
facteur de rétrécissement M, rapport entre la section
mouillée entre culées dans l’état projet et la section
mouillée libre avant aménagement ; et d’autre part, à
la forme des culées elles-mêmes, qui peuvent aggraver
ou atténuer l’effet lié au rétrécissement. En général,
il suffit de concevoir l’ouvrage avec un facteur de
rétrécissement M supérieur à 0,95 et des culées se
raccordant progressivement au plan dans lequel les
Partie 2 - Figure 20 : modélisation 2D des écoulements de l’Aveyron dans
son lit majeur en rive gauche au droit d’Albias, détail des écoulements
aux abords immédiats d’un des ouvrages de décharge (noter la ligne
de séparation des flux provenant de l’amont et la faible desserte réelle
de l’ouvrage par les eaux provenant de l’amont) – Source : D. Goutx (Cete
)
)
berges sont comprises (par exemple, à l’aide d’un voile
à 45°) pour annuler l’effet lié au rétrécissement. Le
concepteur a tout intérêt à éviter tout empiètement
des culées dans le lit mineur (M = 1,00).
L’obstruction des piles dans la section rétrécie est
d’autant plus pénalisante que la vitesse de courant
dans la section rétrécie est augmentée précisément
à cause du rétrécissement. Elle est caractérisée par le
facteur d’obstruction J, rapport entre le maître-couple
des piles sous le niveau d’eau considéré et la section
mouillée du projet comprise entre les culées, et par
un facteur de forme des piles directement lié à la
force de traînée qu’elles génèrent. Les techniques de
construction permettent de construire des piles minces
telles que le facteur d’obstruction ne descende jamais
en-dessous de 0,95, et donc, que l’incidence réelle en
terme de perte de charge singulière soit négligeable.
Le concepteur s’attachera donc à prévoir un nombre
de piles et une épaisseur de pile minimisant le maîtrecouple total, respectant les autres contraintes pesant
sur les piles (navigation, chocs, etc.), à l’aide des
méthodes conventionnelles de construction. Il prévoira
également des piles de formes hydrodynamiques
adaptées à l’écoulement des eaux, non pas tant pour
réduire une perte de charge singulière dont il a été dit
qu’elle demeurait somme toute négligeable, que pour
minimiser les risques d’accumulation d’encombres
flottants lors des crues.
Enfin, le biais général de l’ouvrage en lit mineur
impose une distorsion d’ensemble aux écoulements
qui n’est pas souhaitable en terme d’hydraulique, car
elle augmente la gêne et le remous d’exhaussement.
Les incidences morphodynamiques peuvent également
être gênantes. Autant que faire se peut, le concepteur
devra prévoir un franchissement de cours d’eau
orthogonal aux écoulements en lit mineur.
Partie 2 - Photo 1 : encoche d’érosion formée à l’aval d’une buse
traversant un remblai routier interceptant un petit bassin versant
Source : D. Goutx, S. Piney (Cete Normandie-Centre - Lrpc Blois)
Normandie-Centre - Lrpc Blois)
Hydraulique et ponts
35
les incidences
)
)
Cette perte de charge singulière liée spécifiquement
à l’ouvrage de franchissement du lit mineur peut être
estimée à l’aide d’abaques classiques, telles que celles
de Rehbock, Bradley ou Matthai(12), ou de leur version
numérisée dans des modules de calcul informatique.
Cependant, dans tous les cas, il faudra prévoir
que le franchissement du lit mineur lui-même soit
insubmersible, pour éviter le risque d’accumulation
d’encombres flottants qui obstrueraient l’ouverture
hydraulique.
Submersibilité de l’infrastructure
Volume de l’infrastructure retiré au champ d’expansion
des crues
L’incidence de l’infrastructure sur les écoulements
des crues fortes dépend en grande partie du parti-pris
de l’aménageur par rapport à la problématique de
submersibilité de l’itinéraire.
En effet, lorsque les eaux d’une crue forte atteignent
le niveau supérieur de l’obstacle, elles submergent
l’obstacle et le franchissent par surverse, si bien qu’on
peut considérer, en première approche, que seule la
tranche horizontale d’écoulement comprise entre le
terrain naturel et la chaussée de l’itinéraire est gênée
par l’infrastructure.
L’acceptation ou non d’une telle submersion des
ouvrages d’accès au franchissement du lit mineur
relève d’une analyse de vulnérabilité de l’itinéraire
et de la logique de maintien du transit routier pour
les itinéraires structurants du réseau à une échelle
dépassant celle de la vallée, d’acheminement des
secours, d’évacuation des populations, de mise en
sécurité des matériels sensibles, etc.
S’il existe par ailleurs des itinéraires sécurisés au regard
de ces enjeux, à proximité de l’itinéraire projeté, ce
dernier peut être conçu pour être submergé sans
dommage par des crues fréquentes ou moyennes(13).
Ceci amoindrira d’autant les impacts hydrauliques
du projet et facilitera la conception des nécessaires
mesures correctrices et compensatoires.
Si la transparence hydraulique permet de limiter
l’impact de l’infrastructure sur les écoulements du
cours d’eau, le volume occupé par l’infrastructure
dans le lit majeur du cours d’eau constitue lui aussi
une gêne qui doit être prise en compte dès le stade
de la conception.
D’une part, le remblai de l’infrastructure occupe de
facto un certain volume, dont la fraction comprise
entre le terrain naturel et un niveau de crue donné
est retirée au champ d’expansion de cette crue.
D’autre part, il peut arriver (notamment lorsque
l’infrastructure ne traverse pas orthogonalement la
vallée inondable) que le remblai coupe une partie du
champ d’expansion et surtout la déconnecte d’avec le
lit mineur du cours d’eau. Non-seulement le remblai
doit alors être conçu, suivi et entretenu comme une
digue(14), mais il prive le champ d’expansion de la crue
d’un volume qui s’ajoute au volume du remblai luimême. Les instructions ministérielles précisent que
ce volume doit être considéré comme perdu pour une
infrastructure qui serait longitudinale à l’écoulement
et pourvu d’ouvrages de décharge.
Q
L’ensemble des volumes retirés du champ d’expansion
Q
Q
des crues par l’infrastructure doit être restitué au
Q
champ d’expansion des crues. Cette restitution doit
être équivalente à l’obstruction occasionnée, c’està-dire que pour chaque crue significative subissant
100
50
20
2
Q100
Q50
Q20
Q2
Partie 2 - Figure 21 : principe d’itinéraire insubmersible
jusqu’à Q100 – Source : D. Goutx (Cete Normandie-Centre - Lrpc Blois)
Partie 2 - Figure 22 : principe d’itinéraire submersible au-delà
de Q50 – Source : D. Goutx (Cete Normandie-Centre - Lrpc Blois)
Q100
Q50
Q20
Q2
(12) Telle qu’intégrée dans la méthode « Wspro » développée dans le rapport
de recherche Bridge Waterways Analysis Model édité par le Federal HighWay
Administrations (Fhwa) en 1986.
(13) Pour l’appréciation des fréquences ou probabilités de submersion, se reporter
au paragraphe 2.1.2.
36
Cours d’eau et ponts
Q100
Q50
Q20
Q2
Q100
Q50
Q20
Q2
Q100
Q50
Q20
Q2
(14) Cet aspect sort du champ classique de la conception des infrastructures
traversant une vallée inondable. Il doit être traité conformément aux dispositions
prévues pour les digues dans le décret et l’arrêté du 13 février 2002 et la circulaire
interministérielle du 6 août 2003.
les incidences
une réduction de champ d’expansion disponible du
fait de l’infrastructure, la restitution doit compenser
cette réduction. Il ne s’agit donc pas de ne restituer
que le volume perdu par la plus forte crue ou la crue
de référence, par exemple. Il ne s’agit pas non-plus
de creuser des fossés ou des trous d’eau qui seraient
complètement noyés dès les premiers débordements du
cours d’eau, pour espérer restituer à la crue un volume
perdu entre le niveau de période de retour 50 ans et
le niveau de période de retour 100 ans.
Ceci nécessite généralement le terrassement de zones à
proximité et en amont du projet, pour les faire passer
d’un statut d’inondation nulle ou faible en l’état nonaménagé, à un statut d’inondation faible ou moyenne,
par exemple, en l’état aménagé. Lorsque ceci n’est pas
complètement réalisable, à cause d’une occupation du
sol trop dense et d’une faible disponibilité de terrains à
terrasser, le concepteur doit prévoir des compensations
satisfaisantes.
2.3.3 - Incidences admissibles et
transparence hydraulique requise
Q100
Q50
Q20
Q2
Les articles L 214-1 et L 214-2 du Code de l'environnement
Transcription de la loi sur l'eau du 3 janvier 1992 et
son décret d'application du 29 mars 1993 modifié
peuvent soumettre le projet à la nomenclature loi sur
l'eau, notamment en vertu des rubriques :
• 3.1.1.0. (anciennement rubrique 2.5.3) qui vise
notamment les obstacles aux écoulements ou à QQla
Q
continuité écologique en lit mineur ;
Q
• 3.2.2.0. (anciennement rubrique 2.5.4) qui vise les
remblais en lit majeur de cours d’eau ;
• 3.1.4.0. (anciennement rubrique 2.5.5) qui vise la
modification des berges de cours d’eau.
100
50
20
2
Q100
Q50
Q20
Q2
Partie 2 - Figure 23 : principe d’itinéraire submersible
au-delà de Q20 – Source : D. Goutx (Cete Normandie-Centre - Lrpc Blois)
)
)
Un projet d’infrastructure traversant une vallée
inondable tombe assurément sous le coup des
rubriques 3.1.1.0. et 3.2.2.0., et vraisemblablement,
sous le coup de la rubrique 3.1.4.0.
Circulaire DE / SDGE / BPIDPF-CCG / n° 426 du 24 juillet
2002
Cette circulaire précise la notion de transparence
hydraulique exigée, ainsi que le degré d’exigence et
de tolérance en termes d’impacts. La transparence
hydraulique totale est exigée pour la crue de référence
du risque d’inondation (Phec ou crue centennale
si celle-ci leur est supérieure), au droit des zones à
forts enjeux. La transparence est jugée totale lorsque
l’impact calculé entre l’état avant aménagement et
l’état après aménagement est inférieur à la précision
relative du modèle utilisé pour ce calcul. La circulaire
fait référence, en note de bas de page 10, et à titre
indicatif, à la précision relative de 1 cm (pour la
hauteur d’eau) admise comme usuelle pour les modèles
fluviaux. Mais il est également rappelé que cette
précision relative peut être bien moindre (plusieurs
centimètres à plusieurs décimètres) dans le cas d’un
régime torrentiel.
Le concepteur du projet se doit donc d’analyser les
zones d’enjeux forts qui se trouvent vraisemblablement
dans l’aire d’influence de son aménagement, à l’aide
des documents réglementaires existants du risque
d’inondation, confortés par une analyse in situ de
l’état actuel de l’occupation de ces zones.
• Dans ces zones de forts enjeux, l’impact hydraulique
de son aménagement doit être nul, c’est-à-dire,
indécelable à l’aide de l’outil numérique.
• En dehors de ces zones de forts enjeux, l’impact
hydraulique de son aménagement peut être non-nul.
Le concepteur peut déroger à l’obligation d’annuler
l’impact de son aménagement dans les zones
de forts enjeux s’il fait la démonstration que les
mesures correctrices nécessaires pour respecter cette
obligation portent gravement préjudice à d’autres
aspects environnementaux (hydroécologiques
ou morphodynamiques notamment) ou sont
incompatibles avec les fortes contraintes du site, et
qu’aucune variante de tracé dûment étudiée ne peut
mieux satisfaire à ces contraintes.
Cependant, le concepteur s’attachera à compenser
ces effets négatifs résiduels du projet que les mesures
correctrices n’ont pu annuler, de manière à préserver
l’équilibre général du projet. Faute de quoi l’instructeur
du dossier déposé au titre de la police de l’eau a pour
instruction de refuser l’autorisation.
Hydraulique et ponts
37
les incidences
Zrdc (Zone de ralentissement dynamique des crues)
L’exigence de transparence hydraulique d’une
infrastructure linéaire de transport ne s’applique
évidemment pas aux cas où le remblai de l’infrastructure
est érigé en cohérence avec une zone de ralentissement
dynamique des crues, dont l’objectif est de faire
obstacle aux écoulements de crue pour offrir au
laminage de l’onde de crue un volume de sur-stockage
contre le remblai.
Le ralentissement dynamique est une doctrine
officielle de traitement global et durable des
risques d’inondations, du ministère de l’écologie
et du développement durable. Il vise à ralentir les
ruissellements dans leur cheminement vers les cours
d’eau, à atténuer l’accélération des eaux dans le lit des
cours d’eau, si possible, de dériver les écoulements vers
les annexes fluviales, à mobiliser temporairement des
espaces de stockage pour laminer le débit de pointe
de la crue.
Le guide du ralentissement dynamique
pour la prévention des inondations est
téléchargeable librement sur le site du ministère
(www.ecologie.gouv.fr).
L’Epama (Établissement Public d’Aménagement de
la Meuse et de ses Affluents) développe actuellement
un projet de Zrdc fort bien présenté sur son site
internet, dont est extraite l’illustration suivante
(http://www.epama.fr/files_fr/fset_som.php4).
)
)
2.4 - Risques hydrauliques
encourus par les ouvrages
2.4.1 - Encombres flottants ou embâcles
Parce que les cours d’eau en crue ne sont pas constitués
d’eau claire, le concepteur de projet de franchissement
d’un cours d’eau doit prêter une attention toute
particulière à la combinaison « accidentelle » (en terme
d’approche semi-probabiliste) que représente le risque
d’accumulation d’encombres flottants (appellation
tombée en désuétude), usuellement appelés embâcles
ou débris flottants.
Caractérisation du risque d’embâcle
Les « flottants » sont généralement des débris végétaux
dérivant au fil de l’eau après avoir été mis en flottaison
par la submersion des berges sur lesquelles ils reposaient
avant la crue. Quoiqu’ils dépendent évidemment des
caractéristiques de l’occupation végétale du bassin
versant et des rives du cours d’eau considéré, il
est difficile de prédire réellement les circonstances
qui provoqueront un afflux de débris flottants. Les
tentatives connues de prédiction se sont heurtées à des
effets de seuil inexpliqués, réfutant des hypothèses de
bon sens telles que « la première crue d’hiver est celle
qui dispose du stock maximum de débris végétaux
dans le champ d’expansion et qui va mobiliser les plus
gros volumes » ou encore « les débris les plus gros sont
transportés par les plus fortes crues ».
Zone de sur-stockage
Lit
maj
eur
Digue transversale
Pertuis
Protection en enrochement du fond
Ouvrage de décharge
Vieille Meuse
Protection végétale des berges
Lit mineur
38
Partie 2 - Figure 24 : principe d’un sur-stockage en crue contre un
remblai transversal, projet de Zrdc de Mouzon (08), Epama
Partie 2 - Photo 2 : accumulation de débris végétaux contre les piles
d’un pont sur le Cher – Source : D. Goutx, S. Piney (Cete Normandie-Centre
Source : D. Goutx (Cete Normandie-Centre - Lrpc Blois)
- Lrpc Blois)
Cours d’eau et ponts
les incidences
Les débris flottants entraînés par le courant peuvent
assez facilement être poussés contre les piles d’un pont
et, plaqués par la vitesse de l’écoulement, constituer
un peigne qui facilite l’accrochage d’autres débris
flottants, jusqu’à constituer un amoncellement
qui prend graduellement de la hauteur en même
temps que la montée des eaux. Il en résulte une
combinaison « accidentelle » (au sens d’une approche
semi-probabiliste) dans laquelle les débris flottants
induisent une épaisseur « apparente » des piles de
pont fortement supérieure à l’épaisseur réelle du génie
civil des piles.
Ce risque peut également concerner les ouvrages
de décharge en lit majeur, s’ils se situent sur des
cheminements secondaires ou une portion de réseau
hydrographique intercepté par l’infrastructure.
Peu de références bibliographiques à notre connaissance
traitent de la quantification du risque d’obstruction
d’une bouchure hydraulique par des débris flottants,
à l’exception notable des travaux publiés par
M. Piégay (15) et M. Gippel (16) repris notamment
dans un guide (17) de l’Agence de l’eau du Bassin
Rhône Méditerranée Corse. À partir de l’analyse
des bois accumulés contre les obstacles dans le
lit mineur de cours d’eau français et américains
notamment, la mobilité des bois flottants
a été évaluée. L’examen de quelques exemples
(cf. Partie 2 - Photo 2 et Partie 2 - Photo 3) confirme
la pertinence, en la visualisant, des caractéristiques
des amas à considérer : il ne faut pas hésiter à prendre
en compte des accumulations de végétaux sur 3 à
6 mètres de large, voire 8 à 12 si des arbres morts
sont susceptibles d’être emportés par les eaux depuis
l’amont. Cette largeur doit être considérée comme
)
)
centrée sur l’axe de la pile et orientée orthogonalement
à l’écoulement. Lorsque deux piles voisines sont
susceptibles de supporter une accumulation de débris
végétaux, et que la largeur libre comprise entre les deux
amas d’embâcles est inférieure à 6 mètres(18), on peut
supposer, sans excès de pessimisme, que les embâcles
finissent par colmater complètement cette largeur.
Une analyse de la ripisylve en amont du projet, sur
une longue distance, permet de se faire une idée de la
taille des débris susceptibles de dériver dans le courant.
Les retours d’expérience lors de l’enlèvement de tels
embâcles contre un ouvrage existant à proximité du
projet peuvent être très précieux.
La hauteur sur laquelle s’accumulent les végétaux peut
être, en première approche, celle comprise entre le
niveau d’eau moyen (ou la retenue normale sur une
voie navigable) et le niveau maximum atteint par la
crue considérée.
Outre les végétaux, d’autres matériaux peuvent dériver
au fil du courant. Par exemple, des glaçons résultant
d’une débâcle en amont peuvent venir s’accumuler
sous une arche de pont. Cela n’est pas plus rare que
les crues elles-mêmes, pour les cours d’eau du bassin
de la Loire et plus au nord et à l’est.
En dehors du choc provoqué par les glaçons contre les
structures du pont, traités par ailleurs, l’accumulation
de glaçons peut obstruer la section disponible de
manière conséquente. Une épaisseur de glaçons de
30 à 50 cm peut être considérée selon les régions, sur
toute la largeur du lit mineur.
Les corps flottants peuvent également être moins
naturels, car en vérité, tout ce qui est susceptible de
flotter peut être cueilli par les eaux à proximité du
lit mineur et emporté jusqu’au pont. On connaît des
cas réels de camions-citernes qui ont ainsi obstrué
des arches de ponts au Canada. En France, lors de la
crue catastrophique de l’Ouvèze (Vaison la Romaine,
1992) , une caravane est restée quelque temps plaquée
contre l’arche d’un pont avant de se plier sous la
pression des eaux.
Partie 2 - Photo 3 : embâcles de glace sur la Loire en 1985
Source : C. Ligerien
(15) Cnrs de Lyon, France
(16) Université de Melbourne, Australie
(17) Guide technique n°1 - la gestion des boisements de rivières - fascicule 1 :
dynamique et fonction de la ripisylve, Agence de l’Eau du Bassin Rhône
Méditerranée Corse, septembre 1998
(18) ou encore, si la largeur entre les piles sans amoncellement de débris végétaux
est inférieure à 10 à 12 mètres
Hydraulique et ponts
39
les incidences
)
)
de projet à prendre en compte dans le calcul des
affouillements et des protections contre ceux-ci
(cf. Partie 3, point 3.3).
La stabilité de l’ouvrage de franchissement doit
être évaluée dans l’hypothèse d’une combinaison
accidentelle conduisant toute la surface immergée à
être le siège d’une force de pression égale à l’énergie
cinétique de l’écoulement, dont la résultante s’exerce
sur le maître-couple de la pile entre les hauteurs haute
et basse de l’amas de débris.
Enfin, le risque de vague peut être apprécié à l’aide
de formules classiques mettant en relation la hauteur
de dénivelée amont / aval générée par l’obstacle
avant rupture et les caractéristiques hydrauliques
du cours d’eau en aval des embâcles. Il est toutefois
généralement assez modeste en soi, n’affectant qu’une
zone limitée en aval du lieu de rupture.
Mitigation du risque d’embâcle dans la conception
Partie 2 - Photo 4 : pont Farcy sur la Vire, basculement de l’ouvrage
d’art sous la poussée des eaux – Source : J.-C. Jouanneau (Cete NormandieCentre)
Appréciation du risque d’embâcle dans la conception
Les conséquences de l’accumulation de débris flottants
contre un pont sont de quatre ordres :
• ils réduisent significativement la section mouillée
et la capacité d’évacuation à un endroit où la vitesse
d’écoulement rend la perte de charge singulière
particulièrement sensible à ces phénomènes ; on peut
même craindre que le pont finisse par se mettre en
charge voire subisse une submersion ;
• une conséquence de cette réduction de section est
l’accentuation significative de la vitesse d’écoulement
locale autour des piles, avec le risque de voir des
affouillements sérieux se former rapidement et ruiner
les fondations des piles pendant la crue ;
• ils conduisent l’infrastructure à supporter une force
de poussée horizontale contre laquelle l’ouvrage doit
résister ;
• ils génèrent un risque de vague si le barrage
d’embâcles finit par céder ; cette vague, rapide et d’une
certaine ampleur, peut constituer une aggravation
inacceptable du risque pour les sinistrés en aval de
l’infrastructure.
Les pertes de charge singulières évaluées pour les piles
dans la situation « normale » doivent être recalculées
en situation accidentelle avec leur nouvelle épaisseur
apparente et une forme « hydrodynamiquement
défavorable ». Ceci permet de calculer l’exhaussement
accidentel à craindre, ainsi que la nouvelle vitesse
40
Cours d’eau et ponts
Deux types de dispositifs permettent de mitiger le
risque d’embâcles :
• les dispositifs de rétention des flottants en amont
de l’infrastructure ;
• les dispositifs d’évitement.
Les premiers consistent à établir des filets et autres
barrages flottants qui ont pour but de piéger les
flottants lorsqu’ils dérivent au fil de l’eau. Le Siaap
(Syndicat Interdépartemental pour l’Assainissement de
l’Agglomération Parisienne) a mis en place ce genre
de dispositif sur la Seine dans la traversée de Paris. Il
convient évidemment de disposer ces barrages flottants
en quinconce, de part et d’autre du courant, et de
prévoir le nettoyage régulier des barrages flottants pour
maintenir leur capacité de rétention. La conception
de ces dispositifs doit évidemment être telle que les
barrages ne se rompent pas accidentellement, larguant
en une masse les débris piégés.
Il est également possible de prévoir des déflecteurs qui
accompagnent les flottants, de l’amont vers l’aval de
la traversée de l’ouvrage. Il convient alors de prévoir
des déflecteurs qui ne donnent pas de prise aux débris
notamment végétaux : peu ou pas d’ajourement ni de
superstructure en excroissance.
2.4.2 - Embâcles de glace
Certaines portions de cours d’eau situées au nord
de la Loire, notamment celles qui sont le siège
d’écoulements ralentis par des ouvrages de régulation,
peuvent subir des glaciations partielles de la surface.
Sur la période correspondant à la durée de vie de
l’ouvrage, il est probable qu’il se produira un épisode
d’embâcle de glace.
les incidences
)
)
Nous manquons de référence bibliographique pour
évoquer les phénomènes hydrauliques dérivant de
la prise des glaces. Les éléments fournis dans ce qui
suit sont extraits d’un document de l’ United States
Army Corps of Engineers (EM-1110-2-1416 du
15 octobre 1993).
La formation de la glace dépend de la température
de l’air, de la vitesse de l’écoulement et des rapports
dimensionnels entre largeur au miroir et section
mouillée. La couche de glace a pour conséquence
d’augmenter le périmètre mouillé de l’écoulement,
sans modification de la section mouillée. Il en résulte
un rayon hydraulique moindre, et donc, une capacité
d’écoulement diminuée semblable à celle d’une mise
en charge.
Généralement, l’épaisseur de glace ne dépasse pas
10 % de la hauteur d’eau totale. Cependant, en
fonction de la forme d’un profil en travers et des
éventuels obstacles verticaux saillant hors d’eau depuis
les fonds, l’épaisseur de glace peut dépasser largement
ces 10 %.
2.4.3 - Passage en charge et submersion
Que ce soit parce que la conception de l’ouvrage a sousestimé les crues de projet ou parce que des embâcles
se sont accumulés contre l’ouvrage, il faut craindre
la mise en charge de l’ouvrage. Cela signifie que
l’écoulement monte au-dessus de la veine inférieure
de l’intrados du pont. Le périmètre mouillé augmente
d’autant, sans que la section mouillée ne s’accroisse,
si bien que le rayon hydraulique, et donc, la capacité
d’évacuation des eaux, décroît rapidement.
Lorsque tout le périmètre de l’ouverture est mouillé,
les eaux qui passent sous le pont ne sont plus en
contact avec la pression atmosphérique, et acquièrent
une pression propre. Si le tablier est très mince, ou si
le débit continue d’augmenter, le risque est grand de
voir les eaux passer par-dessus le tablier.
Pour empêcher ceci, il convient de prévoir le
dégagement d’un tirant d’air entre la crue de projet
et la veine inférieure de l’intrados de l’ouvrage d’art,
d’au moins 0,6 mètre(19) sur les petits cours d’eau,
1 mètre(20) pour les grands cours d’eau, voire (dans
les deux cas) le double si l’analyse des débris végétaux
susceptibles d’être mis en flottaison en amont montre
que des arbres morts peuvent être entraînés dans le
courant.
Enfin, de par la forme même des infrastructures de
franchissement, il est probable que l’ouvrage d’art
surplombe significativement ses remblais d’accès,
(19) Valeur recommandée par le Texas Department of Transportation dans son
manuel Hydraulic design manual édité en novembre 2002.
(20) Valeur usuellement prise en compte pour les grands franchissements en France.
Partie 2 – Photo 5 : pont Farcy sur la Vire, incision du remblai
d’accès – Source : J.-C. Jouanneau (Cete Normandie-Centre)
si bien que les zones latérales de remblai bordant
l’ouvrage d’art sont à la fois soumises à des écoulements
rapides entraînés par l’écoulement en lit mineur en
amont et accélérés par la surverse sur la chaussée et
moins susceptibles de résister à ces écoulements que
l’ouvrage d’art. Il s’y concentre donc des contraintes
hydrodynamiques qui menacent directement d’incision
le remblai bordant l’ouvrage d’art.
2.4.4 - Cas particulier des influences
maritimes
Lorsque le site d’implantation du projet de pont est
sous influence maritime, la configuration pénalisante
est celle qui combine un débit de l’amont et un
niveau d’eau bas en aval. Il conviendra donc de
concevoir le projet en dédoublant les situations de
dimensionnement avec un niveau de marée haute et
un niveau de marée basse.
Si l’influence maritime est importante, il faut
considérer plusieurs marées : coefficients de 75, 95 et
115 par exemple.
Il est possible que l’influence maritime soit mal connue
au niveau du projet. Dans ce cas, il faut prévoir une
campagne de mesures de marnage sur environ 4 jours
sur 4 à 6 mois.
Hydraulique et ponts
41
)
42
Cours d’eau et ponts
Partie 3
Morphodynamique
et ponts
43
notions générales
Le lit majeur est la plaine inondable par les plus hautes
eaux. Il joue plutôt un rôle de stockage et de laminage
des crues.
3.1 - Notions de
morphodynamique
L’étude de la morphologie fluviale correspond à la
description d’un environnement formé au cours
du temps par les cours d’eau, en fonction d’une
dynamique sédimentaire (processus d’érosion et de
sédimentation) et hydraulique (équilibre des rivières,
variations de débit).
Globalement, on distinguera deux types de
morphologie :
• une première, qualifiée de « naturelle », où il n’y a
aucune intervention d’origine anthropique ;
• une seconde, qualifiée « d’anthropisée », où les
interventions humaines influencent les processus
sédimentaires et les écoulements et, par voie de
conséquence, influent sur la morphologie fluviale.
3.1.1 - Formes naturelles des rivières
Le lit d’une rivière est façonné par les eaux et la charge
transportées (les dimensions du lit sont fortement liées
au régime hydrologique) mais aussi par les courants
secondaires et les différents types de pertes de charges
présents dans ce lit.
Définitions fondamentales
Profil en travers : lit mineur, lit moyen, lit majeur
Sur un profil en travers du fond de vallée, l’espace que
le cours d’eau occupe ou peut occuper peut être divisé
en trois secteurs.
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
�
��
��
��
��
��
��
��
Partie 3 - Figure 1 : relation topographique entre les différents
lits – Source : Cartographie des zones inondables - Approche hydrogéomorphologique
- Mett / Medd - Éditions villes et Territoires - 1996 - p.29
44
Cours d’eau et ponts
)
)
Le lit mineur est l’espace occupé par l’écoulement de
l’étiage jusqu’aux crues courantes. Il est constitué d’un
ou plusieurs chenaux bien marqués. Le tracé du lit
mineur est susceptible de balayer tout le lit majeur sur
une échelle de temps de quelques milliers d’années.
Pour certains cours d’eau, un lit intermédiaire (ou
moyen) peut être également distingué ; il est inondé
pour des crues de type décennal et participe aux
écoulements des crues.
Profil en long : pentes, seuils et mouilles
Pente générale du cours d’eau
De l’amont à l’aval d’un bassin versant, de la source
à la mer, les pentes des cours d’eau décroissent en
moyenne.
La définition donnée par Bernard en 1925(21) est assez
généralement admise :
• sont qualifiés de rivières, les cours d’eau de pente
inférieure à 1 % ;
• sont qualifiés de rivières torrentielles, les cours d’eau
de pente comprise entre 1 et 6 % ;
• sont qualifiés de torrents, les cours d’eau de pente
supérieure à 6 %.
Seuils et mouilles
L’observation montre que le profil en long d’un
cours d’eau comporte des irrégularités de grandes
amplitudes :
• des mouilles (zones d’eau profonde) situées dans
l’extrados des courbes ;
En crue
Fond
Partie 3 - Figure 2 : évolution du profil en long – Source : G. Degoutte,
d’après Morphologie fluviale : un outil pour l’aménageur et le gestionnaire - Support de
formation de l’Engref - 2000 - 197 p. (p.45 à 92)
• des seuils plutôt situés aux points d’inflexion entre
chaque courbe.
L’alternance seuils-mouilles, en introduisant des pertes
de charges singulières, dissipe mieux l’énergie de l’eau
qu’un profil parfaitement rectiligne(22). En crue les
mouilles s’approfondissent et à la décrue ou en basses
eaux elles se remplissent de matériaux fins à très fins.
Au droit des seuils, la force tractrice est plus faible
(21) C.J.M. Bernard - Cours de restauration des terrains en montagne ENGREF Nancy - 1925
(22) J.P. Bravard, F. Petit - Les cours d’eau : dynamique du système fluvial
- Armand Colin, Paris - 1997 - 222 p. (schémas p. 112, 155 et 158)
notions générales
)
)
que dans les parties voisines ; les seuils résistent bien
au courant. Ils provoquent en crue des dépôts et se
surélèvent.
Plutôt que s’opposer, ces théories se complètent pour
aider à la compréhension d’un système complexe et
de son mode d’ajustement.
En montagne et en zone de piémont, les apports de
gros blocs d’un affluent peuvent créer un seuil naturel
qui entraîne un exhaussement du lit en amont, du
moins jusqu’à l’arrivée d’une forte crue.
Débit dominant
Le débit dominant est le débit continu équivalent
qui façonne le même lit mineur que la succession des
débits réellement observés. L’étude d’un grand nombre
de rivières a montré que la valeur du débit dominant
est proche de celle du débit de plein bord.
Rive, berge, ripisylve
La berge est le talus incliné qui sépare les lits mineurs
des lits moyens ou majeurs.
La rive démarre au sommet de la berge (crête du
talus).
La ripisylve est la formation végétale naturelle située
sur la rive et qui peut constituer :
• soit un cordon arboré qui souligne le bord du lit
mineur ;
• soit une véritable forêt alluviale s’étendant jusqu’à
plusieurs centaines de mètres dans les lits moyens ou
majeurs de part et d’autre du lit mineur.
Son rôle, aussi bien pour la dynamique du cours
d’eau que pour son fonctionnement d’écosystème
est fondamental. La ripisylve influe fortement sur la
faune et la flore, sur le paysage, sur la température
de l’eau, dans l’épuration des eaux, sur l’écoulement
des crues et sur la tenue des berges. La ripisylve,
lorsqu’elle occupe une part significative du lit majeur,
en augmente notablement la rugosité. D’où les trois
conséquences :
• localement une augmentation des débordements ;
• une diminution des vitesses dans le lit majeur et
donc des effets érosifs du courant ;
• globalement pour l’aval un écrêtement des crues.
Théories du façonnement fluvial
Plusieurs théories tentent d’expliquer les dimensions
adoptées par le cours d’eau :
• la théorie du débit dominant ou débit morphogène
qui repose sur une première idée que le lit a été façonné
au fil des ans par les débits à faire transiter ;
• la théorie des variables de contrôle et des variables de
réponse qui repose sur une seconde idée que la rivière
pour évacuer un même débit n’adopte pas une solution
au hasard parmi l’infinité de solutions possibles en
jouant sur sa largeur, sa profondeur et sa pente ;
• la théorie de l’équilibre dynamique qui repose sur
une troisième idée que les dimensions adoptées sont
stables en apparence et susceptibles de modifications
chaotiques à la faveur par exemple des fortes
crues ou des interventions humaines avec ou sans
franchissement d’un seuil d’irréversibilité.
Pour les rivières à sables ou à limons, le débit de plein
bord a une période de retour (ajustée sur les maxima
annuels) généralement comprise entre 1 à 2 ans pour
les cours d’eau à chenaux divagants, 1 à 5 ans pour
les lits à méandres(23). Plus globalement, une rivière
naturelle n’a pas en général un lit mineur capable
d’évacuer une crue de type plus que décennale.
Aussi, si les crues rares et exceptionnelles peuvent
brutalement agrandir et déplacer le tracé du lit mineur,
ce sont les dépôts dus aux crues fréquentes et moyennes
suivantes qui refaçonnent la morphologie initiale du
lit mineur.
Variables de contrôle et variables de réponse
Les variables de contrôle imposées au cours d’eau par
la géologie et le climat sont le débit liquide, le débit
solide, la géométrie de la vallée (pente en particulier),
les caractéristiques granulométriques et mécaniques
des matériaux du lit et des berges et la couverture
végétale riveraine.
Les variables de réponse correspondant aux degrés de
liberté du cours d’eau pour transporter le débit liquide
et une charge solide, sont les paramètres géométriques
(largeur, profondeur, pente du fond, amplitude et
longueur d’onde des sinuosités), la taille des sédiments
transportés et la vitesse du courant(24).
Toutes ces variables de contrôle ou de réponse ne sont
pas indépendantes (par exemple : débit liquide et débit
solide, sinuosité et pente).
Equilibre dynamique
Les variables de contrôle évoluent à l’échelle de la
journée, de la saison, de l’année sans parler de l’échelle
géologique. Aussi le cours d’eau qui adopte à chaque
instant une géométrie pour évacuer les débits liquide
et solide, n’est jamais dans un vrai équilibre pérenne,
mais en situation d’équilibre dynamique, jouant sur
les deux types d’ajustements interdépendants suivants
disponibles pour la rivière :
• érosion et dépôts pour s’adapter aux fluctuations de
débit solide ;
(23) C. Amoros, G.E. Petts - Hydrosystèmes fluviaux - Masson, Paris - 1993
- 300 p.
(24) J.R. Malavoi, J.P. Bravard, H. Piegay, E. Herouin, Ph. Ramez - Bassin
Rhône Méditerranée Corse, Guide technique n° 2, détermination de l’espace de
liberté des cours d’eau - 1998 - 39 p.
Morphodynamique et ponts
45
notions générales
• modification de largeur, de profondeur, de pente
pour s’adapter aux variations de débit liquide.
Comme pour un ressort, lors d’une sollicitation
restant limitée, le cours d’eau peut, après déformation,
revenir à la situation d’équilibre antérieure. Mais, si
la sollicitation est trop forte, une évolution vers un
autre type d’équilibre interviendra. Ainsi, pour une
forte crue, la rivière peut adopter un autre tracé dans
sa plaine alluviale ou couper un de ses méandres ou
tout simplement translater ses méandres.
Interventions anthropiques et espaces de liberté
Les interventions humaines modifient, soit des
variables de contrôle (dérivations, barrages et
prélèvements de graviers modifient les débits liquide
et solide), soit des variables de réponse (calibrages,
coupures de méandre et seuils modifient la largeur, la
sinuosité, la pente et la profondeur du lit).
Dans les deux cas la rivière adaptera à nouveau ses
variables de réponse (par exemple : enfoncement du
lit, changement de tracé) et aboutira à un nouvel
équilibre dynamique avec ou sans franchissement d’un
seuil d’irréversibilité.
De nombreuses rivières ont fait l’objet d’interventions
excessives (exploitation des alluvions, endiguement,…)
qui ont conduit à une incision de leur lit mineur,
parfois irréversible. Cette incision présente des
inconvénients très importants en matière de ressource
en eau par la réduction de l’épaisseur de l’aquifère
alluvial, sur le plan socio-économique par la
déstabilisation des ouvrages d’art (ponts, digues) et
d’un point de vue écologique par la banalisation des
milieux riverains(23).
Les translations latérales des cours d’eau à lit mobile,
qui puisent sur les berges les matériaux nécessaires à
leur transport solide, sont essentielles pour rétablir
et/ou maintenir l’équilibre sédimentaire et écologique
de ces rivières(24).
L a p l u p a r t d e s S d ag e ( S c h é m a s Di r e c t e u r
d’Aménagement et de Gestion des Eaux) préconisent la
préservation d’un espace de liberté, espace de mobilité
des cours d’eau(25).
La définition de l’espace de liberté ou de mobilité
donnée dans le Sdage Rhône-Méditerranée-Corse(26)
est la suivante : « espace du lit majeur à l’intérieur
duquel le ou les chenaux fluviaux assurent des
translations latérales pour permettre une mobilisation
des sédiments ainsi que le fonctionnement des
écosystèmes aquatiques et terrestres ».
)
)
Incidences de diverses interventions
anthropiques sur l’évolution des fonds d’un cours
d’eau
Curages - calibrages - défenses de berges - endiguements
Sans rentrer dans les détails de ces divers aménagements,
ils ont tous pour impact commun qu’un risque
d’aggravation du phénomène de creusement peut
en résulter (accroissement du débit et des vitesses
en lit mineur, freinage de l’érosion latérale du cours
d’eau …). Il peut s’agir d’un phénomène ponctuel,
intervenant pendant les crues, ou d’un phénomène
s’étalant dans le temps (creusement de 7 m du lit du
Rhin constaté à Chalampé entre 1850 et 1950, par
exemple). Pour un secteur endigué, un phénomène
de basculement du lit peut être constaté, avec un
creusement dans l’amont du secteur endigué et un
comblement à sa sortie (cf. Partie 3 - Figure 3).
Seuils et dérivations
Seuils et dérivations peuvent avoir des impacts aussi
bien sur le transport solide que sur les débits d’un
cours d’eau. Il peut en résulter, au niveau d’un secteur
concerné par un projet de pont, des impacts également
sur les fonds, que ces ouvrages soient situés en amont
ou en aval (aggradation si les capacités de reprise des
matériaux se déposant dans le secteur s’amenuisent,
creusement si le transport solide est bloqué et que
les matériaux évacués pendant les crues ne sont plus
compensés par de nouveaux apports).
Extractions de matériaux
Les extractions de matériaux peuvent générer des
phénomènes d’aggravation du creusement du lit
(érosion régressive depuis des fosses d’extraction
situées en aval, érosion progressive si le transport
solide est piégé dans des fosses situées en amont, ou
si le matériau du fond dans le secteur de l’ouvrage
est mobilisé pour aller combler des fosses en
aval…). Pour les dragages pratiqués dans des rivières
sans transport solide, les fouilles dues aux dragages
ne se comblent pas. Le système est alors figé avec la
présence de grandes fosses. La création de ces dernières
��
��
��
��
��
��
��
��
(23 et 24) Voir page précédente.
(25) J.R. Malavoi, J.P. Bravard, H. Piegay, E. Herouin, Ph. Ramez– Bassin
Rhône Méditerranée Corse, Guide technique n° 2, détermination de l’espace de
liberté des cours d’eau - 1998 - 39 p.
(26) SDAGE Rhône-Méditerranée-Corse - Volume I, Mesures opérationnelles
générales - §3.1.3.1, p. 53
46
Cours d’eau et ponts
Partie 3 - Figure 3 : évolution du profil en long forcée par la
présence d’un endiguement – Source : fonds du Mtetm - Cete Méditerranée
- Cete Normandie-Centre - Lrpc de Blois
notions générales
est entièrement d’origine anthropique. Si ce système
reste fermé, ces fosses pourront perdurer encore de
nombreuses années.
Pratiqués dans les rivières sujettes au transport solide,
les dragages ont pour conséquence d’augmenter le
déséquilibre du cours d’eau et d’amplifier les différentes
formes d’érosion ou de sédimentation développées ciavant, ainsi que la morphologie fluviale globale.
Coupure de méandre en aval
Au même titre que la réalisation d’aménagements
dans le lit mineur d’un cours d’eau, les prélèvements
de matériaux ou les suppressions de méandres sont
susceptibles d’avoir une influence sur les processus
sédimentaires. Les formes observées sont liées
directement à l’état d’équilibre du cours d’eau. Une
coupure de méandre en aval d’un pont (qu’elle puisse
intervenir naturellement, par coalescence, ou du
fait de travaux) va générer un phénomène d’érosion
régressive.
Conclusion
Si de tels phénomènes sont en marche, sans qu’il soit
du ressort des moyens que le projet de pont peut
mettre en œuvre pour les enrayer, il faut en tenir
compte, comme de l’évolution des fonds sur le long
terme signalée au 3.2.1.
Formes en plan - styles fluviaux
Constatations générales
On peut constater en moyenne de l’amont vers
l’aval :
• la diminution de la pente, de la taille des sédiments
et de la capacité de transport ;
• l’augmentation de la stabilité du tracé.
Dans la partie amont, le lit est à très forte pente avec
un chenal unique au tracé quasiment rectiligne.
Plus en aval, la rivière coule entièrement dans ses
propres alluvions avec :
• dans la partie intermédiaire, un lit mobile à chenaux
multiples (en tresses ou anastomosé) ;
• dans la partie la plus en aval, un lit peu mobile à
chenal unique au tracé sinueux (à méandres).
Dans les estuaires, un système à chenaux multiples
peut à nouveau se rencontrer.
Un affluent prépondérant (par son débit liquide ou
sa charge solide) ou un changement de morphologie
ou de géologie de la vallée peuvent modifier cette
tendance en introduisant une discontinuité forte.
Les lits mobiles peuvent se modifier rapidement et
subir des changements de formes importants, parfois
sous l’effet d’une crue. Leur géométrie tend à s’adapter
aux variables hydrauliques qui se modifient en retour.
On distingue quatre types de lits représentatifs de
comportements fluviaux contrastés : les lits rectilignes,
à méandres, à tresses et les lits anastomosés, mais dans
la réalité, il existe une gamme très étendue de types
intermédiaires.
Classification et caractérisation des styles
fluviaux
La classification des lits, basée sur la forme des chenaux
selon les critères de sinuosité et de multiplicité des
chenaux, permet de définir le style fluvial(27). Une
classification selon quatre grands types de lit est
possible :
• chenal unique rectiligne,
• chenal unique à méandres,
• chenaux multiples en tresses,
• chenaux multiples anastomosés.
(27) J.P. Bravard, F. Petit - Les cours d’eau : dynamique du système fluvial
- Armand Colin, Paris - 1997 - 222 p. (schémas p. 112, 155 et 158)
��
��
��
Partie 3 - Figure 4 : grands traits morphologiques d’un cours d’eau,
en profil et en plan – Source : G. Degoutte, d’après Morphologie fluviale : un outil
pour l’aménageur et le gestionnaire - Support de formation de l’Engref - 2000 - 197 p.
(p.45 à 92)
)
)
��
��
��
��
��
��
��
Partie 3 - Figure 5 : types de styles fluviaux selon les critères de
sinuosité et de multiplicité des chenaux (classification de Rust,
1978) – Source : J.P. Bravard, F. Petit -Les cours d’eau : dynamique sur le système
fluvial - A. Colin, Paris - 1997 - 222 p.
Morphodynamique et ponts
47
notions générales
Morphologie fluviale d’origine « naturelle »
Elle obéit aux lois de sédimentation et d’érosion d’une
rivière qui cherche à atteindre un équilibre entre le
transport solide et les écoulements. On considère ce
système comme fermé sans intervention d’origine
anthropique.
La typologie suivante précise les différents cas
d’observations où l’on retrouve une morphologie
singulière :
• liée aux rives : les différences de vitesses entre la
zone végétalisée et le fond moins rugueux entraîne la
formation d’un sillon longitudinal ;
)
)
• liée aux courbes (cf. Partie 3 - Figures 6 et 7) : la
présence d’une courbe ou d’un virage dans le linéaire
d’un cours d’eau modifie la trajectoire du courant. En
rive concave, une érosion préférentielle de la rive est
systématiquement observée contrairement à la rive
convexe où les matériaux se déposent suite à la chute
des vitesses ;
• liée à la variation de largeur du lit (cf. Partie 3 Figure 8) : l’augmentation de la largeur du lit ou sa
réduction entraîne une modification des vitesses de
l’écoulement. Cela induit des processus d’érosion
différents et, par voie de conséquence, l’environnement
du cours d’eau s’en trouve modifié. Un affouillement
se produit généralement en aval du rétrécissement ;
Partie 3 - Figure 6 : extrait de la carte bathymétrique d’Ouvrouer
Source : fonds du Mtetm - Cete Normandie-Centre - Lrpc de Blois
Partie 3 - Figure 7 : extrait de la carte bathymétrique
d’Ouvrouer - Détail – Source : fonds du Mtetm - Cete
Normandie-Centre - Lrpc de Blois
Effet d’échelle : on peut avoir l’impression inverse si on
ne regarde qu’une partie de la courbe (érosion en rive
convexe).
��
Partie 3 - Figure 8 : exemple de l’Indre – Influence de la largeur du
lit – Source : fonds du Mtetm - Cete Normandie-Centre - Lrpc de Blois
48
Cours d’eau et ponts
notions générales
• liée aux cascades et chutes d’eau (cf. Partie 3 Photo 1) : la chute d’eau est en général observable
dans des secteurs accidentés, où des modifications
géologiques impliquent une rupture dans le substratum
sur lequel s’écoule le cours d’eau ;
• liée à un obstacle ponctuel : la présence d’un « corps
étranger » dans le lit de la rivière crée un obstacle
où la direction des écoulements se trouve modifiée
localement. Cela génère un affouillement à l’amont de
l’obstacle et une sédimentation à l’aval immédiat ;
• liée à la présence d’un seuil rocheux (cf. Partie 3 Figure 9) : à l’aval immédiat du seuil, un affouillement
se crée. Ces matériaux déplacés, en fonction des
)
)
conditions hydrauliques de la rivière (vitesse, débit)
et du type de matériaux (nature et granulométrie),
sont entraînés plus à l’aval et peuvent former un
atterrissement ;
• liée aux biefs limités par deux ou plusieurs seuils
rocheux : la présence de seuils peut conduire à une
vidange partielle ou totale des sédiments à l’aval.
En fonction de l’équilibre solide de la rivière, des
vitesses, de la nature du substratum, ces déplacements
de matériaux peuvent entraîner la constitution d’une
fosse entre deux seuils consécutifs.
��
��
Partie 3 - Photo 1 : cascade de Fontcouverte à Névache (05)
– Source : fonds du Mtetm - Cete Méditerranée
Partie 3 - Figure 9 : extrait du levé bathymétrique du secteur de
Bou (Loiret) - 1994 – Source : fonds du Mtetm - Cete Normandie-Centre
- Lrpc de Blois
Morphodynamique et ponts
49
notions générales
Évolutions naturelles dans les courbes
En étudiant la distribution des vitesses, on démontre
que dans une courbe d’un canal ou d’un cours d’eau,
l’eau a un dévers qui provoque un courant hélicoïdal :
la pente de la ligne d’eau dans un coude de rayon de
courbure R a pour valeur V2 / (2.g.R), V étant la
vitesse moyenne.
La section du lit mineur présente un profil en travers
dissymétrique avec une berge concave (ou extrados)
presque verticale et une berge convexe (ou intrados)
à pente plus douce. Il y a une érosion du fond du lit
mineur côté berge concave, appelée affouillement,
évidemment plus forte en crue. Le point le plus
profond de la fosse d’affouillement est décalé vers l’aval
par rapport au point de courbure maximal.
Côté rive convexe il y a un dépôt.
)
)
recouper. Ce déplacement est très progressif dans le
cas des rivières à méandres avec des recoupements par
tangence et peut être plus brutal dans le cas des rivières
à tresses ou divagantes à bras multiples sinueux avec
des recoupements par déversement en crue.
Règles d’équilibre des méandres : équations du
régime
Pour les rivières à méandres, il est possible d’établir
des relations empiriques, souvent appelées équations
du régime, qui corrèlent les grandeurs moyennes
définissant une succession de méandres (cf. Partie 3
- Figure 11).
Léopold et Wolman (1954) proposent les relations
suivantes, avec A l’amplitude (m), ρ le rayon de
courbure (m) et λ la longueur d’onde (m) :
En tracé en plan, les coudes du lit mineur de la rivière
ont une tendance au déplacement avec attaques des
berges externes et remblaiement des berges intérieures.
Lorsque la rivière est à méandres on parle de reptation
ou de translation. Parfois des méandres peuvent se
7 . L < λ < 11 . L,
2 . L < ρ < 3 . L,
A ≈ 2,5 . L,
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
Partie 3 - Figure 10 : les courants hélicoïdaux dans un coude et principe de reptation des méandres – Source : G. Degoutte, d’après Morphologie fluviale :
un outil pour l’aménageur et le gestionnaire - Support de formation de l’Engref - 2000 - 197 p. (p.45 à 92)
50
Cours d’eau et ponts
notions générales
)
)
�
Les fines se propagent dans la rivière en autosuspension (wash load) et peuvent se déposer dans le
lit majeur mais rarement dans le lit mineur : elles n’ont
en général pas de rôle morphologique.
Partie 3 - Figure 11 : règles d’équilibre des méandres – Source : G.
En hydraulique fluviale, une approximation
g é n é r a l e m e n t a d m i s e c o n s i s t e à c o n s i d é re r
indépendamment la phase liquide et la phase solide
(écoulement biphasique).
�
ρ
λ
Degoutte, d’après Morphologie fluviale : un outil pour l’aménageur et le gestionnaire
- Support de formation de l’Engref - 2000 - 197 p. (p.45 à 92)
3.1.2 - Transport solide
Généralités
�
��
��
�
��
��
��
��
��
��
�
�
��
�
��
��
��
��
�
��
��
��
�
��
��
��
��
��
��
��
��
��
Une rivière transporte des matériaux granulaires qui
proviennent de l’érosion :
• soit du bassin versant (érosion aréolaire qui produit
en particulier des fines) ;
• soit du fond ou des berges du lit mineur (érosion
linéaire).
�
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
Partie 3 - Figure 12 : types de cours d’eau, mécanismes de
transport solide et types de crues, en rapport avec la pente du lit
et la concentration de la charge solide – Source : Mate/Metl - Plan de
Par contre, en hydraulique torrentielle, la phase
solide perturbe plus ou moins fortement l’écoulement
de la phase liquide (écoulement plus ou moins
monophasique) et la hauteur d’écoulement est
significativement supérieure à celle d’un écoulement
uniquement liquide. De plus, le comportement
du fluide ne peut plus être considéré comme
newtonien.
Enfin certains torrents de montagne sont le siège
d’écoulements exceptionnels avec :
• des transports solides très spectaculaires,
• des laves torrentielles : mélange de boue et de
pierres.
Il faut distinguer la notion de discipline scientifique
(hydraulique fluviale ou torrentielle) de la notion de
type d’écoulement hydraulique - suivant les valeurs
du nombre de Froude - qualifié traditionnellement
de fluvial (préféré sous-critique), critique ou torrentiel
non (préféré supercritique).
Charriage et suspension des matériaux non cohérents
Le fond et les berges des rivières sont constitués
de matériaux de tailles différentes : par exemple
des sables, des graviers et des galets. Il existe deux
modes de transport solide, avec continuité des deux
processus :
• le charriage, translation en masse des matériaux
du fond, concerne plus particulièrement les sables,
graviers, galets et blocs. Les déplacements des grains de
matériaux près du fond sont dus aux forces de traînée
et de portance ;
• la suspension, entraînement par le courant turbulent
dans toute la section d’écoulement, concerne plus
particulièrement les argiles, limons et sables.
Erosions, dépôts
Dans une rivière naturelle, l’écoulement n’est
jamais uniforme soit parce que la géométrie du lit
change (pente, largeur, …) soit parce qu’il existe
des singularités (méandres, seuils). Il existe donc des
zones à forte vitesse avec davantage de matériaux
prélevés (zones d’érosion) et des zones à faible vitesse
d’écoulement avec davantage de matériaux déposés
prévention des risques naturels (Ppr) - Risques d’inondation - Guide méthodologique - la
documentation Française, Paris - 1999
Morphodynamique et ponts
51
notions générales
(zones de dépôt). Une rivière naturelle présente donc
une double variabilité de son lit :
• dans l’espace, il existe des zones privilégiées d’érosion
et des zones privilégiées de dépôt ;
• dans le temps, les matériaux fins déposés pour
vitesses d’écoulement faibles, les plus fréquentes,
pourront être emportés pour des vitesses d’écoulement
plus fortes et plus rares (en période de crue).
Saturation en débit solide
Le débit solide est le volume de matériaux transportés
par le courant par unité de temps. Il s’exprime en m3/s.
Pour une vitesse donnée, le cours d’eau a une capacité
de transport solide, lié à l’énergie de l’eau. A chaque
instant si les matériaux sont disponibles sur le fond et
sur les berges, l’écoulement est saturé en débit solide
(charriage et suspension). Le principe de saturation
du débit solide est fondamental pour expliquer la
dynamique fluviale.
Taille des grains
La courbe granulométrique d’un échantillon de
sédiments caractéristique d’un tronçon de cours d’eau
étudié représente la distribution de leurs diamètres.
Cette courbe s’obtient en laboratoire par tamisage,
pour les grains de dimension supérieure à 80 µm
(la dimension d est alors la maille du tamis) et par
densimétrie pour les grains de dimension inférieure à
80 µm (mesure peu fréquente de cette partie fine en
rivière). Lorsque les sédiments sont grossiers, la mesure
en laboratoire est peu pratique et des méthodes de
terrain sont alors pratiquées à l’aide d’un décamètre
ou d’une grille rectangulaire.
Force tractrice et début de mise en mouvement d’une
particule sans cohésion
Les sédiments d’un cours d’eau sont susceptibles
d’être mis en mouvement sous l’action des forces
hydrodynamiques appliquées par l’écoulement et
compte tenu de leur propre poids.
Pour un écoulement permanent uniforme, la force
de frottement par unité de surface exercée par
l’écoulement sur les parois, appelée par abus de
langage force tractrice et notée τ0, est donnée par la
relation :
τ0 = yw . y . i (Pa = N/m3)
avec :
y = tirant d’eau (m)
yw = poids volume du fluide (kN/m3) ; pour l’eau yw ≈ 10 kN/m3
i = pente de l’écoulement (m/m)
52
Cours d’eau et ponts
)
)
La force tractrice critique notée τc, c’est-à-dire de
début d’entraînement d’un grain de diamètre d, est
donnée par la relation :
τc = τ* . (ys - yw) . d
avec :
y w = poids volume du fluide (kN/m 3 ) ; pour
l’eau yw ≈ 10 kN/m3
ys = poids volume spécifique du grain (kN/m3) ; pour
les solides ys ≈ 26 à 27 kN/m3
d = diamètre du grain (m)
où τ* est appelé paramètre de Shields (paramètre
étudié en 1936 par Shields).
Une classification, pratique pour l’ingénieur, est
proposée par Ramette(28) :
lorsque τ* < 0,027 : le grain de diamètre d est au
repos
lorsque 0,027 < τ* < 0,047 : il y a apparition des tous
premiers mouvements mais pas assez pour générer un
débit solide
lorsque 0,047 < τ* < 0,25 environ : le grain est
charrié
lorsque τ* > 0,25 environ : le grain est transporté par
suspension
Ces valeurs limites sont approximatives et plutôt
conservatoires lorsque la granulométrie est étendue.
Dans le cas des matériaux très fins ou cohérents, la cohésion entre les
grains intervient également : aucune formule n’est capable de donner
la limite de départ de ces matériaux.
La vitesse d’écoulement qui provoque le début de
mise en mouvement (par charriage), appelée vitesse
de début d’entraînement et notée V0, peut être évaluée
par la relation simple suivante :
V0 = 5,8 . y1/6 . d1/3 (m/s)
avec :
y = tirant d’eau (m)
d = diamètre moyen des grains (m)
Tri granulométrique, pavage
Le long du cours d’une rivière, de l’amont vers l’aval,
la pente moyenne décroît ce qui entraîne un dépôt des
éléments les plus grossiers en amont et l’entraînement
des éléments les plus fins vers l’aval. Ainsi l’étendue
granulométrique est plus étendue en amont et plus
resserrée en aval.
Dans les parties amont où les rivières sont torrentielles,
le pavage est un phénomène complexe qui aboutit à
(28) M. Ramette - Guide d’hydraulique fluviale - Rapport HE/40/81/04 du
Laboratoire National d’Hydraulique (Chatou) - 1981 - 172 p.
notions générales
la formation d’une couche protectrice en surface : le
transport solide peut être très inférieur à celui calculé
sauf toutefois pour les fortes crues (ce phénomène peut
aussi intervenir plus en aval : cf. les avals des retenues
sur le Rhône).
Estimation du débit solide
)
)
éventuellement lourds (jusqu’au modèle physique)
devront être envisagés dans les phases d’études de
projet.
Il est à noter qu’après la crue, les fonds reprennent
généralement leur physionomie antérieure, ce qui
peut complètement masquer l’existence de tels
phénomènes.
De nombreux hydrauliciens ont établi, à partir de
mesures en modèle réduit ou sur des fleuves, des
relations empiriques permettant d’estimer le débit de
transport solide d’un cours d’eau. A titre indicatif deux
des formules les plus utilisées en France métropolitaine
sont :
• la formule empirique de Meyer-Peter et Müller
(1948) qui donne la capacité de transport solide
par charriage lorsque les sédiments ont une taille
uniforme ;
• la formule de Engelund et Hansen (1967) qui donne
le transport solide apparent total pour des sédiments
non cohésifs (charriage + suspension).
Mécanisme de déformation des berges
Il existe un grand nombre de formules et le lecteur
est invité à se reporter aux ouvrages spécialisés (cf. la
bibliographie).
Le glissement des berges relève de la mécanique
des sols. L’équilibre du talus des berges dépend
de sa géométrie, des caractéristiques mécaniques
des matériaux constitutifs et de la présence d’eau
dans le matériau et à l’extérieur de la berge. La
décrue constitue la circonstance la plus défavorable
pour la tenue d’une berge d’un cours d’eau et plus
particulièrement constituée par des matériaux peu
drainants (argiles, limons, sables contenant des fines,
graviers dans matrice limoneuse …).
Les résultats de ces formules peuvent varier d’un rapport de 10 : elles
fournissent donc plutôt un ordre de grandeur du débit solide. Il s’agit
donc de les utiliser avec prudence en tentant de les recaler si possible
sur des mesures de terrain.
Profondeur des fonds affouillables
Suite à des travaux de Izard et Bradley (1958) puis des
essais au laboratoire national d’hydraulique de Chatou,
Ramette (29) propose une formule de profondeur
maximale des fonds perturbés (ou susceptibles
d’être affouillés), en section rectiligne, sans causes
de perturbations supplémentaires (appuis de pont,
quais, jetées …) :
fp = 0,73 . q2/3 / d1/6
où :
fp = profondeur des fonds perturbés par rapport à la
ligne d’eau correspondant au débit Q (m)
q = Q/L débit liquide par unité de largeur L du lit
mineur du cours d’eau (m3/s)
d = diamètre moyen des sédiments (m)
Les berges de cours d’eau peuvent se dégrader selon
deux processus principaux :
• l’érosion due au courant,
• le glissement en masse.
L’érosion de berge est le résultat du choc entre l’eau
de la rivière et le matériau constitutif de la berge.
L’énergie de l’eau dissipée lors du choc provoque
l’arrachement de particules. Ce choc se produit aussi
bien sur la berge qu’à son pied. L’érosion de pied est
appelée aussi affouillement.
Lorsqu’un glissement s’est produit, il peut déclencher
de nouveaux glissements par régression.
Le fond d’une rivière peut s’enfoncer pour deux types
de raisons :
• de manière durable par érosion régressive ou
progressive,
• de manière passagère par mobilisation en crue des
matériaux du fond, y compris en section rectiligne.
L’érosion régressive se produit en amont d’une
intervention sur le cours d’eau qui tend à accroître le
transport solide (prélèvement, calibrage, diminution
de la rugosité, endiguement rapproché, coupure de
méandre).
Au stade actuel des connaissances, les résultats de cette formule
empirique doivent être considérés comme un premier ordre de
grandeur sécuritaire.
L’érosion progressive se produit en aval d’une
inter vention qui diminue le transport solide
(prélèvements ou barrages).
Le recours à une expertise beaucoup plus approfondie
et à des moyens de simulations numériques
Un enfoncement durable ou passager en augmentant
la hauteur de la berge diminue la stabilité au
glissement.
(29) M. Ramette - Guide d’hydraulique fluviale - Rapport HE/40/81/04 du
Laboratoire National d’Hydraulique (Chatou) - 1981 - 172 p
Morphodynamique et ponts
53
notions générales
)
)
Il existe deux mécanismes essentiels de déformation
des berges : l’érosion et le glissement. Les matériaux
pulvérulents sont emportés grain par grain. Les
matériaux cohérents sont plutôt emportés en masse.
L’enfoncement du lit est un important facteur
aggravant. Ces trois mécanismes peuvent se succéder
de la façon suivante :
Enfoncement du lit
Glissement
Indice ou circonstance observé
Erosion
Erosion
Berge haute
Berge cohésive
Berge drainante
Présence d’un banc en rive opposée
Situation en berge concave
**
*
*
Situation en berge concave et en berge convexe
Suppression de seuil, enfoncement généralisé
Fente en haut de berge
Discontinuité de forme dans le sens amont-aval
Arbres arrachés, passage de bétail
Courant réfléchi par un arbre tombé
**
***
Partie 3 - Tableau 1 : indices ou circonstances observée aidant au diagnostic des causes de dégradation des berges
54
Cours d’eau et ponts
Glissement
*
**
**
***
***
**
les incidences
)
)
3.2 - Incidences des ponts sur
la morphodynamique
Ce phénomène peut s’additionner au mouvement de
la charge sédimentaire véhiculée par le cours d’eau, en
provenance de secteurs plus amont (charge de fond et
matières en suspension).
Pour graduer l’approche des phénomènes d’évolution
de la morphologie des lits des cours d’eau en lien avec
la présence d’ouvrages de franchissement de vallée, la
présentation est d’abord faite dans le cas de cours d’eau
pour lesquels la seule variable de mobilité des lits serait
verticale (3.2.1). Le cas plus général d’une mobilité
également en plan est ensuite abordé (3.2.2). Puis,
les cas des torrents et des rivières à fonds cohérents
ou rocheux sont rapidement évoqués (3.2.3) et les
méthodes de calcul les plus usuelles indiquées (3.2.4).
Enfin, l’ensemble des risques d’affouillement à prendre
en considération sont résumés (3.2.6).
La hauteur sur laquelle ces phénomènes se produisent (hauteur des
fonds perturbés) est importante à déterminer. Sur cette épaisseur,
en effet, les capacités géotechniques du sol s’amoindrissent, voire
disparaissent.
3.2.1 - Rivières à fonds mobiles au tracé en
plan stabilisé
Évolution naturelle des fonds mobiles : affouillements
généraux
Évolution des fonds sur le long terme
La morphologie naturelle du lit d’un cours d’eau, que
l’on pourrait considérer de manière erronée comme
figée dans le temps peut, en fait, n’être stable qu’en
apparence, même sans intervention anthropique.
On parle, en effet, d’équilibre dynamique pour un
cours d’eau (3.1.1), c’est-à-dire que la vérité d’un
équilibre existant, à un instant, entre les paramètres
morphologiques et les débits liquide et solide qu’il
véhicule, peut se trouver remise en cause, avec
l’évolution naturelle de l’un de ces paramètres. Un
phénomène d’évolution naturelle du niveau du
fond peut, notamment, être en cours, qu’il s’agisse
d’une élévation (aggradation) ou d’un creusement.
L’existence d’un tel phénomène, aux effets pouvant se
mesurer sur des échelles de temps pouvant être d’une
ou plusieurs dizaines d’années et à l’importance de
plusieurs mètres, doit être recherchée et intégrée dans
toute étude sur la mobilité des fonds.
Évolution des fonds en période de crue
Les fonds de lit mineur composés d’alluvions mobiles
peuvent se déformer au cours des crues, à partir de
l’atteinte d’un certain seuil de débit permettant la
mise en mouvement des sédiments du fond (3.1.2). Ce
mouvement peut s’effectuer selon deux processus :
• par formation de rides ou de dunes, si le diamètre
moyen des grains (dm) est supérieur à 1 mm,
• par un phénomène de saltation généralisée, affectant
sur une certaine épaisseur les matériaux du fond,
sinon.
Incidence d’un ouvrage de franchissement de vallée sur
l’évolution des fonds en période de crue : affouillements
locaux
Rétrécissement de la largeur d’écoulement
Du fait de la présence d’un ouvrage de franchissement
à travers un fond de vallée, la largeur L au miroir du lit
mineur peut se trouver réduite, tandis que la hauteur
H peut augmenter (cf. chapitre 2).
D’après la formule d’Izard et Bradley (3.1.2) et en
considérant que nous sommes dans le cas d’un cours
d’eau dont la divagation latérale est inexistante ou
contenue, on peut en déduire que le plafond des fonds
non perturbés va s’abaisser sous l’ouvrage pendant la
crue.
Incidence des débords de culée et de la présence
de piles dans le lit mineur
Les débords de culées ou la présence de piles dans
le lit mineur vont générer des points de blocage de
l’écoulement. Les phénomènes de turbulence verticale
vont se trouver nettement aggravés, avec apparition de
véritables vortex. Un creusement des fonds au droit de
l’arrête amont de la culée ou de la pile va pouvoir se
développer, se poursuivant sur l’aval, souvent sur des
distances pouvant être de plusieurs dizaines de mètres.
L’importance de la perturbation est notamment liée à
celle de la surface faisant obstacle au courant (« maîtrecouple ») et dépendante de l’aérodynamique de l’appui.
L’orientation de la pile par rapport aux courants les
plus morphogènes est donc prépondérante. Le blocage
de corps flottants peut être un facteur aggravant. La
présence d’un radier généralisé faisant seuil, outre les
problèmes sur la migration des poissons qu’il peut
générer à certaines périodes de l’année, peut également
causer des problèmes d’affouillement en aval qui
peuvent prendre une très grande importance et être
cause de danger pour l’ouvrage.
��
��
��
��
Partie 3 - Figure 13 : affouillements provoqués par une culée (vue
de dessus) – Source : fonds du Mtetm - Cete Méditerranée - Cete NormandieCentre - Lrpc de Blois
��
��
�� Morphodynamique et ponts
��
��
��
55
��
��
��
��
les incidences
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��
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��
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Partie 3 - Figure 14 : affouillements provoqués par une pile (vue
cavalière) – Source : fonds du Mtetm - Cete Méditerranée - Cete Normandie-
Partie 3 - Figure 15 : affouillements provoqués par une pile
avec flottants bloqués (vue cavalière) – Source : fonds du Mtetm - Cete
Centre - Lrpc de Blois
Méditerranée - Cete Normandie-Centre - Lrpc de Blois
Au droit et en aval
d’un ouvrage
de franchissement de vallée, en sus de l’abaissement du plafond des fonds non perturbés généré par le
��
��
rétrécissement de
la largeur d’écoulement,
des phénomènes de creusement supplémentaires peuvent intervenir pendant la crue autour
��
��
des débords
de culée en lit mineur et autour des piles.
��
�� peuvent n’intervenir que pendant la crue et être masqués, ensuite, par une recomposition du fond grâce aux dépôts
Ces phénomènes
intervenant à la décrue. Si aucun désordre du pont n’est intervenu pendant la crue, il pourrait toutefois en survenir alors ensuite,
��
les nouveaux fonds en place pouvant présenter des qualités géotechniques bien moindres que celles du sol initialement en place. Les
fosses creusées pendant la crue peuvent aussi ne se combler que très partiellement à la décrue et perdurer, voire s’aggraver au cours
��
du temps.
��flottants peuvent, également, venir se bloquer contre les appuis d’un pont pendant la crue. Outre le danger
Des embâcles ou des corps
pour la tenue de l’ouvrage, l’importance de l’obstacle va croître, l’effet de blocage du courant augmenter et des creusements plus
��
prononcés en résulter.
��
��
��
Exemple d’impacts d’ouvrages de franchissement
sur la morphologie fluviale
Effet de réduction du lit (ou effet de passe dans le cas d’un
ouvrage de type pont) :
Un affouillement se crée à l’aval de l’ouvrage, là
où les vitesses ont été accélérées dans la passe. Ces
fosses peuvent atteindre plusieurs dizaines de mètres
de longueur. Elles peuvent également se rejoindre
latéralement et remonter en direction de l’amont
(processus d’érosion régressive).
Partie 3 - Figure 16 : exemple d’affouillements liés à la réduction
du lit - La Vienne à Chinon – Source : fonds du Mtetm - Cete NormandieCentre - Lrpc de Blois
56
Cours d’eau et ponts
les incidences
Cas particulier : lorsque les courants s’inversent
(influence des marées en zones côtières), ce phénomène
est doublé. Des fosses sont alors observables à l’amont
comme à l’aval de l’ouvrage.
)
)
Effet dû à un obstacle ponctuel (cas d’une pile)
Dans le cas présent, l’obstacle est d’origine anthropique.
Dans l’environnement immédiat de l’obstacle, un
affouillement se forme à l’amont et un atterrissement
à l’aval.
Effet des contre-courants
En présence d’un obstacle en rive (culée, épis…),
des contre-courants s’amorcent en aval, juste derrière
l’obstacle.
Partie 3 - Figure 17 : exemple d’aggravation des affouillements due
à la marée – La Garonne à Bordeaux – Source : fonds du Mtetm - Cete
Normandie-Centre - Lrpc de Blois
��
��
Partie 3 - Figure 18 : exemple d’affouillements liés à un obstacle
ponctuel - Pont A10 sur la Loire à Tours – Source : fonds du Mtetm -
Partie 3 - Figure 19 : exemple d’effet des contre-courants - Mont
(ou Maison de l’éclusier) sur le Cher – Source : fonds du Mtetm - Cete
Cete Normandie-Centre - Lrpc de Blois
Normandie-Centre - Lrpc de Blois
Morphodynamique et ponts
57
les incidences
Effet d’un radier
La présence d’un radier induit une dénivelée entre le
massif de fondation et le substratum. La chute d’eau
induite par cette topographie entraîne des sédiments
et crée des affouillements plus à l’aval.
Ce phénomène peut se reproduire par une succession
d’affouillements et d’atterrissements jusqu’à
l’amortissement total de l’énergie dissipée par la chute
d’eau. Par ailleurs, ces effets peuvent atteindre une telle
ampleur, qu’ils deviennent visibles sur les rives.
)
)
Effets dus aux biefs limités par des seuils (barrages de
faible hauteur, comme ceux utilisés pour la navigation)
Dans chaque bief, il se passe une vidange partielle ou
totale des matériaux. Le phénomène est similaire à la
présence de deux ou plusieurs seuils rocheux d’origine
naturelle.
Partie 3 - Figure 21 : exemple d’effet de radier - Vandières sur la
Marner – Source : fonds du Mtetm - Cete Normandie-Centre - Lrpc de Blois
Partie 3 - Figure 20 : exemple d’effet de radier - Pont Wilson sur la
Loire à Tours – Source : fonds du Mtetm - Cete Normandie-Centre - Lrpc de Blois
58
Cours d’eau et ponts
Partie 3 - Photo 2 : exemple d’effet d’un seuil - Sternay sur la
Meuser – Source : fonds du Mtetm - Cete Normandie-Centre - Lrpc de Blois
les incidences
3.2.2 - Rivières au tracé en plan mobile
Dans le cas plus général de rivières pour lesquelles la
mobilité des lits peut jouer dans toutes ses dimensions,
les phénomènes exposés ci-dessus perdurent bien
évidemment. Mais d’autres phénomènes viennent
encore se rajouter.
)
)
les piles et les culées,
• agression des berges,
• réactivation de chenaux anciens…
Dans le cas des rivières aux méandres mobiles,
deux phénomènes sont particulièrement à signaler
(cf. Partie 3 - Figure 22) :
• la progression des méandres (1), pouvant générer
naturellement des phénomènes de recoupement,
• le creusement sur l’extrados des méandres (2), soit
une aggravation en pied de la rive externe des méandres
de tous les phénomènes d’affouillement préalablement
présentés.
Les risques pour l’ouvrage, point dur dans l’espace
de divagation du cours d’eau, sont alors fortement
amplifiés :
• du fait d’une aggravation des risques d’érosion en
pied d’appui qui peut résulter d’une autre incidence
des courants que celle initialement envisagée (1) (à
noter que les phénomènes d’érosion peuvent être les
plus agressifs quand les chenaux fonctionnent à plein
bord, plutôt que quand le débordement généralisé
entre les berges du lit majeur se produit, avec un
écoulement qui s’inscrit, alors, selon l’orientation
générale de ces berges) ;
• par des phénomènes d’érosion de berge (2), d’attaque
des remblais (3), voire de contournement de l’ouvrage
(4) qui peuvent survenir.
Lits à chenaux divagants
Le blocage d’embâcles et de corps flottants peut
également générer ou aggraver ces risques.
Rivières aux méandres mobiles
Les lits à chenaux divagants peuvent se caractériser par
une très grande instabilité des chenaux à l’intérieur
d’un lit fixé uniquement aux limites du lit majeur.
Les phénomènes incidents sont les suivants :
• déplacement de chenaux,
• modification de l’angle d’attaque des courants sur
Quand un projet d’ouvrage de franchissement se trouve dans de tels
cas de figures, il est impératif de recourir à une expertise poussée et à
la modélisation, pour optimiser tout autant la sécurité de l’ouvrage
que son coût de dimensionnement.
Le recours à la mise en place d’épis peut être envisagé (cf. l’étude de
cas du Logone à Moundou en Annexe 3.1).
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��
��
��
Partie 3 - Figure 22 : creusement (2) et progression (1) des
méandres – Source : fonds du Mtetm - Cete méditerranée - Cete Normandie-
Partie 3 - Figure 23 : progression du creusement du lit actif
et risques d’érosion pour l’ouvrage – Source : fonds du Mtetm - Cete
Centre - Lrpc de Blois
méditerranée - Cete Normandie-Centre - Lrpc de Blois
Morphodynamique et ponts
59
les incidences
3.2.3 - Autres types de cours d’eau
Torrents
Le phénomène très particulier des torrents qu’il
importe de prendre en considération est celui des
laves torrentielles. Outre le fait qu’une partie des
fonds va être mise en mouvement, comme indiqué
précédemment, le flot même du cours d’eau peut, dans
certaines circonstances, charrier une telle quantité de
matériaux, que la partie solide peut prendre le dessus
sur la partie liquide dans l’écoulement.
En sus des problèmes mécaniques pour l’ouvrage que
ceci peut générer, des accumulations de matériaux
peuvent se produire en amont d’un pont et obturer
complètement son débouché. Des débordements sur
l’ouvrage, érosions de berges sévères, voire destructions
de berges peuvent en résulter.
Les matériaux transportés par le torrent peuvent aussi
venir s’accumuler dans le lit du cours d’eau qu’il rejoint
et se stocker au niveau de la confluence, si le cours
d’eau rejoint n’a pas la capacité de les reprendre. Ceci
peut également être source de problème : surélévation
des fonds, déviation des courants peuvent en résulter
et des incidences se faire ressentir sur un ouvrage, ou
sur les rives.
Dans le cas des torrents, une étude approfondie nécessite d’être
conduite, notamment vis-à-vis du problème des transports solides.
Rivières à fonds cohérents ou rocheux
Il serait erroné de considérer que les rivières à fonds
cohérents (vases naturelles, argiles …) ou rocheux
(schistes, micaschistes, gneiss altérés, calcaires …) ne
présentent pas de risque d’érosion.
)
)
Pour les sols rocheux, c’est principalement un
phénomène d’abrasion par les matériaux transportés
qui peut intervenir. Par exemple, pour le pont de
Régereau (cf. Partie 3 - Figure 24) fondé sur le schiste,
une érosion de l’ordre d’un cm par an a été observée,
conduisant à des affouillements locaux atteignant des
profondeurs de 0,80 m à 1,50 m moins d’un siècle
après sa construction.
Pour les ouvrages construits sur fonds rocheux et pour
des cours d’eau sur lesquels un transport solide agressif
est à redouter, des protections des appuis résistant à
l’érosion et à l’abrasion sont à mettre en place. Les
risques liés à la dégradation naturelle des roches sont
aussi à évaluer.
3.2.4 - Calculs et contrôles
Méthodes de calcul des affouillements
L’objet du présent guide n’est pas de détailler
les méthodes de calcul existantes dont, en plus,
l’apparente simplicité pourrait conduire à penser que
leur emploi est aisé et universel. Il ne peut donc être
ici recommandé que de faire un appel systématique à
des experts, sans hésiter à recourir à la modélisation
s’ils le jugent nécessaire, quand un cours d’eau présente
de fortes caractéristiques de mobilité des fonds et du
tracé.
On peut retenir qu’une école européenne s’est
développée autour d’un mode de formulation des
affouillements dont Breusers et al. (1977). Une autre
synthèse, portant notamment sur les études conduites
par l’école néo-zélandaise, a été réalisée par B. Melville
et S. Colemans en 2000(30).
En milieu cohésif, le début d’affouillement peut
être brutal, avec des profondeurs d’affouillement
comparables à celles constatées pour les milieux
non cohérents. La fosse d’érosion peut également se
développer très largement en aval de l’ouvrage.
Pour des fonds constitués de matériaux cohésifs, une étude approfondie
des sols et des précautions a minima conservatoires sont donc
indispensables.
60
Cours d’eau et ponts
(30) Bruce W. Melville et Stephan E. Coleman - Bride scour - Water Resources
Publications, LLC - 1999
B.W. Melville - Local scour at bridge abutments - Journal of Hydraulic
Engineering (A.S.C.E. American Society of Civil Engineers), Vol. 118, N° 4
- Avril 1992, p. 615-631
les incidences
Passage en charge de l’écoulement sous l’ouvrage
)
)
Inspection des fondations des ouvrages
Le passage en charge de l’écoulement sur un ouvrage,
dont le risque doit être pris en compte pour la
construction des superstructures, doit également
être pris en considération pour celle des fondations.
Ce phénomène, en effet, est de nature à aggraver les
profondeurs d’affouillement constatées sous l’ouvrage
en période de crue.
Quel que soit le type de sols sur lequel tout ouvrage est fondé et quelles
qu’aient été les précautions constructives prises au niveau des appuis,
des inspections régulières et détaillées des fondations des ouvrages sont
à conduire un maximum de 5 ans entre deux visites est conseillé.
Pour pouvoir les mener, les piles et culées doivent déjà avoir été
déblayées de tous les corps flottants qu’elles auraient pu arrêter. Mais
l’inspection doit également prendre en considération que les sols ont
pu être remaniés pendant les crues et que des désordres sous-jacents
aux parties visibles des ouvrages ont pu se développer (le lecteur pourra
se reporter à la partie 6 pour plus de détails).
Si une telle éventualité doit être prise en considération, un coefficient
de sécurité par rapport aux estimations faites pour un écoulement à
surface libre doit être utilisé.
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Partie 3 - Figure 24 : pont de Régereau – Source : Sétra/Ctoa - Ponts et rivières - Guide pour la
prise en compte des cours d’eau dans la conception des ouvrages de franchissement - Première édition,
janvier 1998
Morphodynamique et ponts
61
les incidences
3.2.5 - Résumé sur les risques
d’affouillement
En résumé, les risques d’affouillement à prendre en
considération au droit d’un projet de franchissement
de vallée sont la somme des risques d’évolution
naturelle des fonds du cours d’eau, sur le long terme
ou en crue, de l’impact d’aménagements anthropiques
situés en amont ou en aval et de l’aggravation des
phénomènes de creusement provoqués par la présence
des appuis du pont (culées et piles).
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Partie 3 - Figure 25 : résumé des risques de creusement à prendre en
considération au droit des appuis d’un pont – Source : fonds du Mtetm
- Cete méditerranée - Cete Normandie-Centre - Lrpc de Blois
3.3 - Protection des ouvrages
contre l’érosion
Les fonds et tracé en plan des rivières avec transport
solide évoluent lors des crues. Le fond du lit est
mobilisé par le transport des matériaux granulaires et
le tracé en plan du lit peut également être modifié.
L’implantation des piles et culées d’un ouvrage
accentue la profondeur d’affouillement du fond du
lit. Enfin, les berges peuvent être sujettes à érosion
ou glissement.
62
Cours d’eau et ponts
L’implantation d’un ouvrage doit donc prendre en
compte ces phénomènes et le projet doit inclure les
travaux nécessaires, de façon à ce que les écoulements
empruntent les ouvertures correctement dimensionnées
qui lui sont réservées (cf. chapitre 2). Dans ce cadre
il convient également d’apporter une attention
particulière à la stabilité des berges à l’amont et à
l’aval de l’ouvrage. Pour éviter que l’érosion des berges
ne mette en péril l’ouvrage et ses remblais, celles-ci
devront être consolidées. En retour, l’incidence de
cette consolidation sur l’équilibre morphodynamique
du lit devra également être étudiée.
3.3.1 - Risques de contournement de
l’ouvrage projeté
�
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)
)
L’ouvrage et ses remblais peuvent être agressés par
l’écoulement lorsque la direction de cet écoulement
n’est pas maîtrisée. Par exemple, pour les lits à
chenaux divagants (3.2.2), le remède consiste soit
à créer un entonnement (en enrochements), soit à
augmenter l’ouverture de l’ouvrage pour rendre sa
liberté à la rivière. La première solution est à comparer
économiquement avec la deuxième solution, sous
réserve que l’étude hydraulique générale ait montré
que le rétrécissement dû à l’ouvrage ne provoquait pas
des perturbations irréversibles pour le transport solide
(déséquilibre par atterrissements et enfoncement du
lit). Dans tous les cas, l’augmentation de l’ouverture
de l’ouvrage, pour rendre sa liberté à la rivière, est la
solution à privilégier. La non-stabilité des berges peut
également provoquer le contournement de l’ouvrage
projeté. Il s’agit alors de consolider les parties de berges
concernées.
3.3.2 - Protection des berges de cours
d’eau
Indices aidant au diagnostic des causes de dégradation
des berges
Les berges peuvent être, suivant leur nature, sujettes
à déformation par glissement ou par érosion. Une
berge cohérente (argile, limons) résistera à l’érosion
mais peut glisser. Une berge non cohérente (graviers,
sables grossiers sans fines) est sensible à l’érosion.
Techniques et leurs dimensionnements
Lorsqu’une berge doit être consolidée le premier critère
guidant le choix d’une technique est d’assurer la
pérennité de l’aménagement. Avant toute protection
contre l’érosion, la berge doit être talutée avec une
pente lui permettant de résister au glissement. Pour
les incidences
protéger une berge de l’érosion, dans toute la mesure
du possible, les techniques végétales sont en général à
privilégier, car elles s’intègrent mieux dans le paysage et
participent à l’équilibre biologique par restructuration
des habitats rivulaires. L’efficacité de la protection
augmente avec le développement des végétaux.
Cependant, pour les protections de berges à proximité des ouvrages,
les techniques de génie civil seront préférées.
Techniques végétales
En pratique, ce type de protection, qui demande
un entretien soigné, est plutôt réservé aux rivières à
pente faible ou moyenne, inférieure à environ 1 %.
Cette technique n’est pas utilisable pour protéger les
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Le lecteur se reportera au document(31) pour apprécier
l’ensemble des critères entrant en jeu pour la protection
des berges en techniques végétales.
La protection des berges par techniques végétales doit
faire appel à des bureaux d’études spécialisés ayant une
bonne connaissance du terrain.
Enrochements
Un revêtement en enrochements est de nature
à s’adapter aux déformations des berges et aux
affouillements.
Pour recevoir des enrochements, la pente des berges
doit être inférieure à 3 de base pour 2 de haut (pente
limite pour la sécurité au glissement). En cas de
doute, il convient d’effectuer un calcul de stabilité
avec hypothèse d’une décrue rapide.
Il convient également de bien protéger le pied de
la berge pour faire face aux affouillements du fond,
qu’ils soient locaux, généralisés ou accentués dans les
coudes.
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Partie 3 - Figure 26 : domaine d’application des protections
végétales sur les berges – Source : B. Lachat - Guide de protection des berges de
cours d’eau en techniques végétales - Ministère de l’Environnement - 1994 - 143 p
coudes de rivières affouillables. L’abaque de la Partie 3 Figure 26 permet de définir le domaine d’application
des types de protections végétales sur les berges.
Dans certains cas il sera possible de consolider la berge
par un géotextile (fibres naturelles ou artificielles). Le
choix du géotextile doit répondre à des critères de tenue
de berge et de développement de la végétation.
Suivant les cas, des techniques mixtes peuvent être
utilisées : enrochement en pied pour consolider la
berge par rapport au glissement et plantation en haut
de berge pour assurer la protection contre l’érosion.
La taille d (en m) des enrochements à prévoir est
fonction de la vitesse V (en m/s) du courant au
voisinage de l’enrochement, des poids volumique
de l’eau ρ et ρ’ (en N/m 3) de l’enrochement, de
l’inclinaison ϕ de la berge par rapport à l’horizontale et
de l’angle θ, avec l’horizontale, du talus d’équilibre
du matériau :
;
;
pour ϕ = 0 (fond horizontal, λ = 1).
Il est préférable d’adopter une protection avec une
blocométrie des enrochements étalée, pour une
meilleure imbrication des blocs. Habituellement on
conseille dmin > 0,7 × d et dmax < 2 × d.
La vitesse V (en m/s) du courant au voisinage de
l’enrochement est supérieure à la vitesse moyenne
dans la section d’écoulement dans les coudes (1,1 fois
supérieure pour les coudes faibles et jusqu’à 1,4 fois
supérieure pour les coudes forts)(32).
Pour la pose en vrac ou appareillée des enrochements
libres, l’épaisseur de la couche sera prise égale à deux
fois le diamètre de l’enrochement préconisé. Pour
la pose des enrochements liés, l’épaisseur peut être
prise inférieure ou égale à deux fois le diamètre de
l’enrochement préconisé.
(31) B. Lachat - Guide de protection des berges de cours d’eau en techniques
végétales - Ministère de l’Environnement - 1994 - 143 p.
(32) C. Blanchet, E. Morin - Les affouillements et la protection des berges dans
les coudes des rivières à fond mobile - Rapport de synthèse - Sogréah et Ministère
de l’Equipement et du Logement - 1971 - 47 p.
Morphodynamique et ponts
63
les incidences
Matelas Reno et gabions
Les gabions sont des structures formées de cages
grillagées parallélépipédique emplies de cailloux ou de
galets. Les matelas Reno sont en fait des gabions de
grande dimension et de faible épaisseur, spécialement
destinés au revêtement de berges de rivières et de
canaux, voire de parement de barrages en remblai.
Un soin particulier doit être attaché aux dispositifs de
guidage des profilés en cours de battage et à l’étaiement
des rideaux. Les profils doivent être ancrés au-delà des
profondeurs affouillables.
Dans un matelas Reno ou un gabion, la présence
du grillage qui tend à s’opposer au début des
déplacements, augmente la vitesse limite de 20 à
50 %, par rapport à des enrochements libres. Lorsque
l’épaisseur du matelas est supérieure ou égale à environ
2 fois le diamètre moyen des cailloux, la vitesse V
(en m/s) du courant au voisinage des matelas Reno ou
des gabions dépasse encore cette valeur limite.
Les remblais en lit majeur peuvent être également
soumis à des vitesses d’écoulement importantes en
cas de crue débordant du lit mineur, en particulier au
voisinage des culées des ouvrages de franchissement du
lit mineur ou des ouvrages de décharge hydraulique
ou de rétablissement divers situé dans le remblai en
lit majeur. Des protections du remblai contre des
risques d’érosions localisées peuvent donc s’avérer
nécessaires.
Transition d’une protection en matériaux
granulaires
A la décrue, les matériaux fins de la berge peuvent être
entraînés à travers les enrochements ou les cailloux
du matelas Reno ou des gabions. Ce risque existe si :
d85 (berge) < 0,2 × d15 (protection).
Une transition entre la berge et la protection, réalisée
en matériau naturel de granulométrie intermédiaire
doit respecter les trois règles suivantes :
0,1 mm < d15 (transition) < 5 × d85 (berge)
5 x d50 (transition) < d50 (protection) < 10 × d50
(transition)
2 < d60/d10 (transition) < 8
La transition peut également être assurée par un
géotextile, matériau devenu d’emploi courant en
aménagement de cours d’eau. Le géotextile n’étant
pas un simple substitut aux matériaux granulaires,
le produit doit être choisi avec soin et la conception
de la protection de berge doit impérativement être
adaptée.
Epis
La protection des berges par des épis dans le lit mineur
d’un cours d’eau est bien adaptée pour combler de
grosses anses d’érosion. Ce type de protection convient
mieux à des rivières ayant tendance à se remblayer
ou à des rivières larges à chenaux divagants
(cf. Annexe 3.3).
Palplanches, murs ou toute disposition similaire
La réalisation de rideaux de palplanches ou de murs
en maçonnerie ou en béton permet également de
protéger contre l’affouillement les appuis des ouvrages
ou les berges des cours d’eau en milieu urbains ou des
canaux de navigation.
64
)
)
Cours d’eau et ponts
3.3.3 - Remblais en lit majeur
3.3.4 - Protection des appuis des ouvrages
Protection des appuis par des tapis d’enrochement
Les tapis d’enrochement sont les dispositifs de
protection contre les érosions locales (affouillements
créés par les piles et les culées des ouvrages dans le cas
des lits affouillables non cohésifs) les plus couramment
employés, pour leur faible coût et leur facilité de mise
en œuvre. Ils s’avèrent, à l’expérience, très efficaces.
En outre, ils jouent le rôle de « sonnette d’alarme »,
moyennant des inspections régulières.
Pour éviter tout affouillement autour d’une pile
circulaire, les dimensions du tapis à envisager sont,
en plan, de l’ordre de trois fois le diamètre de la
pile, ce qui correspond à l’emprise totale de la fosse
d’affouillement. En épaisseur, il est suggéré de prendre
la plus grande des deux valeurs suivantes : la dimension
de la pile ou le triple du diamètre des enrochements.
La constitution d’un bon filtre est nécessaire pour
éviter que les blocs ne s’enfoncent dans le lit. Il est
aussi essentiel que les enrochements ne constituent
pas au pied de chaque pile un monticule qui crée une
obstruction importante à l’écoulement (cf. détails en
Annexe 3.2).
L’abaque ci-après permet de déterminer directement
le poids de l’enrochement capable de prévenir toute
érosion.
Le poids est exprimé en fonction de la vitesse de début
de charriage Vc par la formule d’Izbash.
système MKS
)
)
les incidences
��
dans laquelle
��
��
∆ ≈ V max/10
2
Avec :
Q : débit de la crue
S : section mouillée sous l’ouvrage
ws et w : poids volumique des blocs et de l’eau
∆ : diamètre des blocs
g : accélération de la pesanteur = 9,81 m/s2
Protection spécifique des culées : digues et murs guideeaux
Les murs guide-eaux peuvent également être constitués
par deux digues de forme arrondie, placées en amont
des culées et s’y raccordant. Leur but est d’obliger
l’écoulement à utiliser toute la section disponible
en évitant les décollements. Les vitesses, et par
conséquent les risques d’érosion, sont diminués dans la
section rétrécie. Une méthode de dimensionnement a
été proposée par le laboratoire national d’hydraulique
de Chatou. Ces dispositifs présentent par ailleurs
l’avantage de concentrer sans dommage dans le lit
mineur une partie du débit du champ d’inondation.
Leur emploi est également judicieux pour les ponts
biais. Cet ouvrage doit présenter une forme arrondie
(arc d’ellipse d’excentricité 2,5 et 3), son extrémité
étant généralement protégée efficacement par des
enrochements. Si les parements de la culée présentent
une inclinaison, les talus du mur guide-eaux doivent
avoir la même pente, pour bien épouser la forme de la
culée et éviter tout décrochement. Enfin sa longueur
ne devra pas dépasser 50 m avec, dans le cas d’un pont
biais, des murs dissymétriques en amont et un petit
mur en aval dit « stub-dike ».
��
��
��
��
��
��
��
��
soit avec ws = 15 kN/m
3
��
��
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��
��
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�� ω�ω��ω ��
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��
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�
�
��
��
Partie 3 - Figure 27 : abaque d’Izbash – Source : Sétra/Ctoa
- Ponts et rivières - Guide pour la prise en compte des cours d’eau
dans la conception des ouvrages de franchissement - Première
édition, janvier 1998
��
��
��
��
��
��
Partie 3 - Figure 28 : digue guide-eaux – Source : Sétra/Ctoa
- Ponts et rivières - Guide pour la prise en compte des cours d’eau
dans la conception des ouvrages de franchissement - Première
édition, janvier 1998
��
��
��
��
��
Partie 3 - Figure 29 : murs guide-eaux – Source : Sétra/Ctoa
- Ponts et rivières - Guide pour la prise en compte des cours d’eau
dans la conception des ouvrages de franchissement - Première
édition, janvier 1998
Morphodynamique et ponts
65
les incidences
Protection spécifique des piles
Pour empêcher les affouillements et par suite réduire
la profondeur des fondations, on choisira une forme
de pile permettant de minimiser les affouillements et
un dispositif adapté de protection. Parmi les dispositifs
de protection en usage, citons :
• les fondations superficielles ou profondes réalisées
dans un batardeau de palplanches, avec le niveau
supérieur de la semelle et le niveau de recépage des
palplanches calés sous le niveau moyen des fonds. Ce
type de protection peut également s’accompagner de la
mise en oeuvre d’enrochements au droit des piles ;
• le caisson de fondation (solution peu classique)
autour de la pile arasée sous le niveau moyen des
fonds ;
�
• les structures additionnelles placées en amont (ou
pilots).
��
Il n’existe aucune loi générale pour l’élaboration de
��
cette structure, qui permet de réduire
de 50 % les
affouillements.
��
)
)
�
��
�
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
Partie 3 - Figure 30 : caisson de fondation – Source : Sétra/Ctoa
- Ponts et rivières - Guide pour la prise en compte des cours d’eau
dans la conception des ouvrages de franchissement - Première
édition, janvier 1998
δ
�
α
�
�
Partie 3 - Figure 31 : pilots – Source : Sétra/Ctoa - Ponts et rivières
- Guide pour la prise en compte des cours d’eau dans la conception
des ouvrages de franchissement - Première édition, janvier 1998
66
Cours d’eau et ponts
Partie 4
Écosystèmes
aquatiques
et ponts
67
notions générales
4.1 - Notions générales
d’hydroécologie
4.1.1 - Définitions réglementaires
Les zones humides : (article L. 211.1 du Code
de l’environnement) « terrains, exploités ou non,
habituellement inondés ou gorgés d’eau douce, salée
ou saumâtre de façon permanente ou temporaire : la
végétation, quand elle existe, y est dominée par des
plantes hygrophiles pendant au moins une partie de
l’année ».
Les cours d’eau : (circulaire DE/SDAGF du 2 mars
2005 publiée au bulletin officiel du ministère de
l’Écologie et du Développement durable, direction
de l’eau.) La qualification de cours d’eau est donnée
par la jurisprudence et repose essentiellement sur les
deux critères suivants :
• présence et permanence d’un lit naturel à l’origine
(même s’il a été rendu artificiel par la main de
l’homme) ;
• permanence d’un débit suffisant une majeure partie
de l’année permettant une vie aquatique pérenne
(apprécié au cas par cas en fonction des conditions
climatiques et hydrologiques locales) ou inscrit
dans des documents de référence tels que carte Ign,
cadastre,…
4.1.2 - Définition d’un écosystème
aquatique
Un écosystème est constitué par l’association
dynamique de deux composantes en constante
)
)
interaction :
• un environnement « non vivant (abiotique) »
caractérisé par les paramètres physico-chimiques,
hydrologiques, géologiques et climatiques possédant
une dimension spatio-temporelle appelé : le biotope
ou hydrosystème,
• un ensemble d’organismes vivants caractéristiques :
la biocénose, il forme une unité fonctionnelle
douée d’une certaine stabilité. Cette notion intègre
également les interactions des espèces entre elles et
avec leur milieu de vie.
4.1.3 - Biotope ou hydrosystème
Description
C’est ce que l’on nomme couramment le « milieu
aquatique ». Il peut être décrit selon les paramètres
suivants :
• caractéristiques du bassin versant : superficie, pente
moyenne, climat, urbanisation, occupation des sols,
géologie ;
• régime hydrologique : mode d’alternance des crues
et des étiages, débits correspondants caractéristiques,
vitesses d’écoulement, hauteurs d’eau ;
• morphologie du milieu : nature du lit et des berges,
faciès d’écoulements (plats, radiers, mouilles…) et
typologie du lit (tresse, méandres…) pour les cours
d’eau ; topographie et nature des sols pour les zones
humides ;
• physico-chimie de l’eau : décrite selon différents
paramètres mesurables (pH, conductivité, oxygène
dissous, température, matières en suspension…)
et influencés par la nature géologique du bassin
versant ainsi que par les activités humaines qui y sont
pratiquées.
Partie 4 - Figure 1 : la zonation longitudinale des cours d’eau – Source : B. Lachat - Le cours d’eau : conservation, entretien, aménagement
68
Cours d’eau et ponts
notions générales
)
)
Les différentes combinaisons de ces paramètres
créent localement ce que l’on appelle des habitats.
La diversité des habitats dans les hydrosystèmes est
à l’origine de la richesse biologique. Chaque espèce
animale et végétale se répartit dans le milieu suivant
son préférendum (ou optimum) écologique. Plus les
habitats sont diversifiés, plus le nombre d’espèces qui
peuvent y trouver des conditions de vie optimales
sont nombreuses.
aval des paramètres physiques pente, température et
couple substrat/vitesse. Elle distingue trois zones :
• zone amont : crénon, caractérisée par une température
un courant vif et de gros blocs rocheux ;
• zone intermédiaire : rhitron, caractérisée par un
écoulement moins rapide et un substrat plus fin
(cailloux, sable) ;
• zone aval : potamon, caractérisée par un écoulement
lent et un substrat fin vaseux.
Zonations de l’hydrosystème
La zonation transversale
Au point le plus bas de la vallée se trouve généralement
l’axe d’écoulement des eaux superficielles (le
« thalweg »), au sens commun « le cours d’eau ».
L’espace situé entre les crêtes des deux berges est appelé
lit mineur et contient les écoulements habituels jusqu’à
la crue bisannuelle en moyenne. L’espace que les eaux
peuvent occuper lors des plus grandes crues connues est
quant à lui nommé lit majeur. Au sein de ce lit majeur,
on peut rencontrer ce que l’on appelle des annexes
hydrauliques qui sont des milieux en eau tout ou partie
de l’année en fonction de l’hydrologie. Ces annexes
peuvent être des bras morts, des prairies inondables
ou des zones humides. Ce sont des milieux caractérisés
par des écoulements beaucoup plus lents que ceux
du lit mineur et par conséquent, leur morphologie et
les habitats qu’elles génèrent sont substantiellement
différents de ceux des eaux courantes. Enfin, précisons
que cette description n’est pas figée en ce sens que lit
mineur, lit majeur et annexes hydrauliques sont en
évolution et en communication physique et biologique
constante (cf. Partie 4 - Figure 2).
Dans l’espace, on peut distinguer trois zonations de
l’hydrosystème :
La zonation longitudinale
Régies par les lois de la gravité, les eaux superficielles
s’écoulent d’un point haut vers un point bas. Ainsi,
selon un schéma classique, les cours d’eau prennent
naissance au niveau d’une source située en altitude
puis dévalent les montagnes sous forme de torrent et
abordent une zone de transition (piémont) avant de
s’étaler dans des plaines où leur cours se fait beaucoup
plus lent pour finir dans les mers et océans au niveau
d’un estuaire ou d’un delta. Au fur et à mesure de
leur parcours, leur pente s’amoindrit, les écoulements
deviennent plus lents et les températures de l’eau
augmentent. Les caractéristiques du biotope et de la
biocénose évoluent donc naturellement d’amont en
aval (cf. Partie 4 - Figure 1). Cette évolution a d’ailleurs
été à l’origine de nombreuses classifications de cours
d’eau (typologie).
On peut citer par exemple la zonation de Illies &
Botosaneanu (1963), basée sur la variabilité amont/
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
Partie 4 - Figure 2 : la zonation transversale des cours d’eau – Source : http://www.syndic.rivieres.org/ecoloriv4.htm
Écosystèmes aquatiques et ponts
69
notions générales
Les étapes de la chaîne alimentaire (ou niveaux
trophiques) permettent de mettre en évidence trois
groupes d’organismes (cf. Partie 4 - Figure 3) :
• les producteurs : végétaux chlorophylliens, qui
utilisent l’énergie solaire pour produire de la
matière organique vivante à partir du CO2 par
photosynthèse. Ils constituent le premier maillon
de la chaîne ;
• les consommateurs : animaux prédateurs
herbivores pour le premier maillon, puis
carnivores pour les suivants. Ce sont les ��
��
maillons intermédiaires ;
• les décomposeurs : bactéries qui assurent
la minéralisation de la matière organique. ��
��
Elles représentent le dernier maillon de la ��
��
chaîne.
��
�
��
��
Ce sont les groupements d’êtres vivants (bactéries,
champignons, plantes, animaux) se développant dans
des conditions de milieu déterminées (le biotope) et
unis par des liens d’interdépendance. En effet, les
espèces végétales peuplant le biotope peuvent servir
d’habitat pour les espèces animales mais aussi de
source d’alimentation (notion de chaîne alimentaire).
Plus précisément, il existe une cascade d’échanges
trophiques (alimentaires) dans un milieu peuplé
d’animaux et de végétaux, l’ensemble formant la
biocénose. Chaque organisme est prédateur du maillon
précédent et proie du maillon suivant. La boucle du
cycle se referme schématiquement entre le dernier
maillon prédateur et le premier maillon végétal par la
décomposition de la matière organique (cadavres) en
matière minérale qui est assurée par les détritivores
et les bactéries.
Cette chaîne d’échanges entre les différents « niveaux
biologiques » des eaux est à l’origine de phénomènes
de bio-concentrations de toxiques qui montrent
l’importance de la prise en compte des milieux
aquatiques dans la conception, la réalisation et
l’exploitation d’ouvrages (cf. Partie 4 - Figure 4). En
effet, le Ddd (DichloroDiphénilDichlorométhane)
est un produit de dégradation du Ddt
(DichloroDiphénylTrichloroéthane), insecticide
développé dans les années 1940. Il est transporté par
l’air et les eaux de ruissellement pour aboutir dans
les eaux de surface. Le Clear Lake, zone de loisirs en
Californie, du Ddd a été pulvérisé pour lutter contre
la prolifération d’un moucheron. Il a contaminé
toute la chaîne alimentaire du lac en s’accumulant
dans les organismes vivants.
��
Plus on monte dans la
chaîne alimentaire et
plus les concentrations
rencontrées sont
élevées.
La
population de
grèbes est passée
de 3 000
��
individus à 60,
��
la plupart
��
��
des oiseaux
��
��
é t a n t
stériles.
��
�
4.1.4 - Biocénose
Pour maintenir la qualité des peuplements et la
pérennité d’une telle organisation biologique, chaque
niveau doit être en équilibre avec le précédent. Ainsi,
s’il y a trop de prédateurs par rapport aux proies,
ceux-ci vont mourir de faim et leur population va se
réduire. Si les producteurs sont en surabondance, le
milieu produit trop de matières organiques qui, pour
se décomposer vont nécessiter l’utilisation de l’oxygène
dissous et entraîner la disparition des espèces les plus
sensibles telles que les salmonidés (truites, corégones,
ombles,..).
��
�
La zonation verticale
On ne peut pas parler des eaux de surface sans parler
des échanges constants que l’on a entre les eaux de
surface et les eaux souterraines, et en particulier de
l’interdépendance entre les cours d’eau et leur nappe
d’accompagnement. La partie visible par l’homme
d’un écosystème aquatique est constituée par les eaux
superficielles. Cependant, des masses d’eau souterraines
leur sont le plus souvent associées. Ainsi, les nappes
d’accompagnement des cours d’eau, présentes jusque
sous les lits majeurs des cours d’eau, entretiennent
des relations étroites avec les eaux superficielles
aussi bien en terme d’échanges d’eau qu’en terme de
communication biologique. De même, la présence
d’une zone humide est liée à un engorgement des
sols provoqué par l’affleurement d’une nappe. Les
eaux souterraines conditionnent donc en partie la
présence des eaux superficielles et façonnent par là
même l’habitat aquatique.
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
Cours d’eau et ponts
��
��
��
��
��
��
��
Partie 4 - Figure 3 : la pyramide écologique « des biomasses » dans
les eaux douces – Source : Woodwell et Coll, in Ramde F., Écologie appliquée, Paris,
Ediscience international, 1989, p 83
70
)
)
notions générales
Faune inféodée aux milieux aquatiques
Nous nous contenterons de lister les principaux
embranchements et classes du règne animal et d’en
donner quelques exemples représentatifs des milieux
aquatiques (cf. Partie 4 - Figure 5) :
• zooplancton : animaux ou lar ves d’animaux
aquatiques de très petite taille (de quelques microns
à quelques mm) qui flottent dans la masse d’eau et se
déplacent au gré des courants. Exemples : copépodes,
protozoaires… ;
• invertébrés : il s’agit le plus souvent d’insectes qui
réalisent leur premier stade de vie sous forme de
larve dans le milieu aquatique : éphémères, odonates,
diptères. D’autres vivent en permanence dans ces
milieux : moules d’eau douce, dytiques, nèpes,
gyrins… ;
)
)
• batraciens : leur reproduction dépend de la présence
de milieux aquatiques. Ils sont particulièrement
inféodés aux annexes hydrauliques : crapauds,
grenouilles, tritons, salamandres… ;
• reptiles : en général ils utilisent les milieux aquatiques
comme terrain de chasse : lézards, tortues (cistude),
serpents (couleuvres…) ;
• oiseaux : les milieux aquatiques peuvent être pour
eux des lieux de vie ou des terrains de chasse : cincle
plongeur, martin pêcheur, canards, hérons… ;
• poissons : par définition inféodés aux milieux
aquatiques : truite, saumon, brochet, perche, carpe,
gardon… ;
• mammifères : utilisent le milieu aquatique comme
lieu de vie et terrain de chasse : musaraigne aquatique,
castor, loutre…
Partie 4 - Figure 4 : exemple de bio-concentration d’un insecticide dans le « Clear Lake »
aux Etats Unis – Source : Hunt et Bischff, 1960
Oie
Canard
Courlis
Loutre
Sterne
Hautes eaux
Ripisylve
Triton
Crapaud
étang
prairie humide
Tanche
bras
île
Saumon
Basses eaux
Grande alose
fleuve
grève
Partie 4 - Figure 5 : la faune inféodée au milieu aquatiques – Source : Agir pour les zones
humides, ministère de l’Environnement
Écosystèmes aquatiques et ponts
71
notions générales
Flore inféodée aux milieux aquatiques
Les principaux embranchements et classes du règne
végétal représentatifs des milieux aquatiques sont les
suivants (cf. partie 4 - Figure 6) :
• phytoplancton : algues microscopiques qui flottent
dans la masse d’eau et se déplacent en fonction des
courants. Exemples : diatomées, chlorophycées,
cyanophycées… ;
• hélophytes : ces végétaux qui possèdent un système
racinaire poussent dans la vase, sur les berges des cours
d’eau et dans les annexes hydrauliques : carex, joncs,
roseaux… ;
• hydrophytes : végétaux qui développent leur appareil
végétatif dans la masse d’eau ou à la surface de celle-ci
: myriophylles, nénuphars, callitriche, potamots… ;
• herbacées : sur les berges des cours d’eau et dans le
lit majeur : ray grass, chiendent… ;
• ligneux : arbustes et arbres que l’on trouve sur
les berges des cours d’eau et qui constituent la
partie dominante de la ripisylve : fusain d’Europe,
cornouiller sanguin, nerprun purgatif, saules, aulne
glutineux, frênes…
Sur les bords des cours d’eau, les strates herbacée,
arbustive et arborescente forment ce que l’on appelle
la ripisylve qui joue un rôle très important, aussi
bien au niveau physique (stabilisation de berges) que
physico-chimique (épuration des eaux) ou écologique
(corridor et habitat très important, en particulier pour
l’avifaune). Dans le cas où la ripisylve s’étend jusque
dans le lit majeur et devient plus étendue, elle se
nomme forêt alluviale, et possède de plus une utilité
dans le ralentissement et le laminage des crues.
)
)
Protection de la flore, de la faune et des milieux
aquatiques
Depuis les années 1960, une conscience collective
de la nécessité de protéger la nature et les milieux
aquatiques en particulier s’est élevée, aussi bien au
niveau national que continental.
En France, de nombreuses lois ont ainsi été votées :
• loi de 1964 créant les agences de l’eau et instaurant
le principe pollueur-payeur ;
• loi de 1976 sur la protection de la nature fixant
la liste des espèces protégées et créant les études
d’impact ;
• loi « pêche » de 1984 créant les débits réservés ;
• loi sur l’eau de 1992 créant les Sdage et les Sage
(Schémas d’Aménagement et de Gestion des Eaux)
et soumettant tout projet interférant avec les milieux
aquatiques à une étude d’incidence.
En 2000, toutes ces lois ainsi que d’autres textes
réglementaires ont été rassemblés dans le Code
de l’environnement dont sont extraits les passages
suivants :
• « Les espèces animales et végétales, et les équilibres
biologiques auxquels ils participent font partie du
patrimoine commun de la nation (C. envir., art. L.
110-1, I) ».
• « Leur protection, leur mise en valeur, leur restauration,
leur remise en état et leur gestion sont d’intérêt général
(C. envir., art. L. 110-1, II) ».
• « Lorsqu’un intérêt scientifique particulier ou les
nécessités de la préservation du patrimoine biologique
Partie 4 - Figure 6 : schéma de répartition de la végétation aquatique dans une rivière à cours rapide – Source : Duvigneau et données de divers auteurs
suédois, in Ramade F., Écologie appliquée, Édiscience internationnal, 1989, P 292
72
Cours d’eau et ponts
notions générales
national justifient la conservation d’espèces animales
non domestiques ou végétales non cultivées, toute
destruction des espèces ou de leur milieu est interdite
et lorsqu’un même intérêt ou une même nécessité le
justifient, la perturbation intentionnelle, la détention et
l’achat d’espèces animales non domestiques ou végétales
non cultivées sont désormais interdits. Ces nouvelles
dispositions ne s’appliquent pas sur les spécimens détenus
régulièrement lors de l’entrée en vigueur de l’interdiction
relative à l’espèce à laquelle ils appartiennent (C. envir.,
art. L. 411-1-I) ».
• « Pour assurer cette conservation, certaines espèces
peuvent faire l’objet de mesures strictes de conservation
et des territoires peuvent être protégés ».
• « En application de l’article L. 411-2 du Code de
l’environnement, le Code rural (C. rur., art. R. 211-2)
détermine les conditions dans lesquelles sont établies les
listes d’espèces ainsi protégées ».
• « De nombreuses espèces animales et végétales des milieux
aquatiques font l’objet de mesures de protection ».
Le Code de l’environnement introduit la notion de
« risques juridiques » en cas de non-respect :
• « La construction ou l’exploitation d’ouvrages sans
autorisation est punie d’une amende de 18 000 euros
et 2 ans de prison. En cas de récidive, l’amende est
portée à 150 000 euros. Défaut de déclaration de
travaux : contravention de 5ème classe (1 500 euros).
Défaut d’autorisation pour travaux en lit mineur de
cours d’eau : 18 000 euros d’amende ».
• Article L. 432-2 du Code de l’environnement :
« Le fait de jeter, déverser ou laisser s’écouler dans les
eaux mentionnées à l’article L. 431-3, directement ou
indirectement, une ou des substances quelconques dont
l’action ou les réactions ont détruit le poisson ou nuit à
sa nutrition, sa reproduction ou sa valeur alimentaire,
est puni de 2 ans d’emprisonnement et de 18 000 euros
d’amende ».
• Article L. 432-3 :
« Lorsqu’ils sont de nature à détruire les frayères, les
zones de croissance ou les zones d’alimentation ou de
réserve de nourriture de la faune piscicole, l’installation
ou l’aménagement d’ouvrages, ainsi que l’exécution
de travaux dans le lit d’un cours d’eau sont soumis
à autorisation. Le défaut d’autorisation est puni de
18 000 euros d’amende.
L’autorisation délivrée en application du présent article
fixe des mesures compensatoires visant à remettre en état
le milieu naturel aquatique ».
• Article L. 432-5 :
« Tout ouvrage à construire dans le lit d’un cours d’eau
doit comporter des dispositifs maintenant dans ce lit un
débit minimal garantissant en permanence la vie, la
circulation et la reproduction des espèces qui peuplent les
eaux au moment de l’installation de l’ouvrage ».
)
)
• Article L. 432-6 :
« Poissons migrateurs: tout ouvrage doit comporter
des dispositifs assurant la circulation des poissons
migrateurs. L’exploitant de l’ouvrage est tenu d’assurer le
fonctionnement et l’entretien de ces dispositifs ».
• Article L. 432-8 :
« Le fait de ne pas respecter les dispositions des articles
L. 432-5 et L. 432-6 est puni de 12 000 euros
d’amende ».
« L’infraction peut être constatée par tout agent
assermenté : agents de l’Onema (Office national de l’eau
et des Milieux Aquatiques), policiers, gendarmes,…. Sur
les chantiers, ce sont essentiellement les agents de l’Onema
qui veillent au respect des mesures de protection et de
conservation des milieux aquatiques et (ou) des milieux
humides. »
De même, les arrêtés suivants sont très importants
pour ce qui concerne la conservation des espèces
animales et des milieux dont elles dépendent :
• arrêté du 16 décembre 2004 modifiant l’arrêté
du 22 juillet 1993 fixant la liste des amphibiens
et reptiles protégés sur l’ensemble du territoire. Il
étend également la protection aux milieux de vie de
ces espèces. (protection de nombreuses espèces de
salamandres, tritons, crapauds, grenouilles, protection
de la cistude d’Europe, de nombreuses espèces de
couleuvres,…) ;
• aArrêté du 16 décembre 2004 modifiant l’arrêté du
22 juillet 1993 fixant la liste des insectes protégés sur
l’ensemble du territoire national (protection du grand
dytique par exemple). Il étend également la protection
aux milieux de vie de ces espèces ;
• arrêté du 16 décembre 2004 modifiant l’arrêté du
17 avril 1981 fixant la liste des mammifères protégés
sur l’ensemble du territoire (exemple du castor ou de
la loutre) ;
• arrêté du 16 décembre 2004 modifiant l’arrêté du
7 octobre 1992 fixant la liste des mollusques protégés
sur l’ensemble du territoire métropolitain : protection
des moules d’eau douce : margaritifera margaritifera,
unio crassus).
Au niveau européen, des directives sont votées par
l’Union et les plus marquantes concernant les milieux
aquatiques sont les suivantes :
• directive oiseaux de 1979 fixant les modalités de
conservation des populations avicoles ;
• directive habitats de 1992 fixant les modalités
de préservations des habitats naturels d’intérêt
communautaire ;
• directive cadre sur l’eau (Dce) de 2000 fixant
à l’horizon 2015-2020 l’atteinte du « bon état
écologique » des milieux aquatiques européens.
Écosystèmes aquatiques et ponts
73
notions générales
La directive habitats jette les bases d’un réseau
européen de sites protégés où résident des espèces
d’intérêt communautaire : Natura 2000. Ce réseau est
à l’heure actuelle en train de se mettre en place dans
toute l’Europe et une fois que toutes les procédures
seront achevées, tout projet qui interférera avec un site
Natura 2000 sera soumis à la rédaction d’une notice
d’incidence Natura 2000 examinée par les services de
l’Etat. La protection des milieux naturels aquatiques
imposée par Natura 2000 est importante si bien qu’il
est considéré que seule la santé humaine prime sur
la conservation des espèces et des milieux naturels
d’intérêt communautaire. Le lecteur voulant en
savoir plus à propos du réseau Natura 2000 (zonages,
état d’avancement des procédures, description des
espèces et des espaces protégés…) pourra consulter le
site internet des Diren : http://www.ecologie.gouv.
fr/article.php3?id_article=1294.
74
Cours d’eau et ponts
)
)
les incidences
4.2 - Perturbations apportées
par les ponts aux écosystèmes
aquatiques
Les perturbations engendrées par le franchissement
d’un écosystème aquatique par un pont peuvent être
appréhendées et en partie corrigées ou compensées
au stade de :
• la conception de l’ouvrage,
• la phase travaux,
• l’exploitation de l’ouvrage.
)
)
vallée avec des remblais, un viaduc de grande portée
assurant une transparence quasi totale ou un ouvrage
moins important assurant une transparence minimale
pour la faune et (ou) les pêcheurs pourra être effectué.
Il est essentiel de bien vérifier la compatibilité du choix
de l’ouvrage et l’ensemble des enjeux identifiés, et en
particulier des fonctions à rétablir. Ainsi, on évitera de
mettre en œuvre un ouvrage de type « buse-arche » si
l’on doit, en même temps que la fonction hydraulique,
assurer le passage de piétons ou de pêcheurs le long
du cours d’eau.
Pour chacun des trois stades précédemment cités, les
perturbations et les mesures permettant de les corriger
et de les compenser seront énumérées sous forme de
fiches de cas avec des schémas explicatifs ainsi que des
exemples et contre exemples concrets.
Précisons également que l’on traitera ici uniquement
du cas des ouvrages de type portique ouvert ou viaduc,
ne nécessitant pas d’autres travaux en lit mineur que
les appuis (culées et piles) puisque les problématiques
relatives aux petits ouvrages (buses, ouvrages
préfabriqués) ont déjà été traitées dans le guide
technique « assainissement routier » du Sétra (octobre
2006) auquel le lecteur est invité à se référer.
4.2.1 - Conception de l’ouvrage
C’est une phase déterminante dans la réalisation
d’un ouvrage et elle ne doit pas être négligée. Elle est
l’occasion de se livrer à une analyse de la sensibilité du
milieu aquatique basée sur les paramètres suivants :
• taille du milieu aquatique qui sera franchi : largeur du
lit mineur du cours d’eau, de son lit majeur, des annexes
hydrauliques qui lui sont associées et avec lesquelles il
entretient des relations d’interdépendance,
• valeur patrimoniale du milieu aquatique, du
corridor biologique qui lui est associé et des annexes
hydrauliques ; activités et usages qui lui sont
associés.
Cette analyse devra s’appuyer sur les données
fournies par les Ddaf (Directions Départementales
de l’Agriculture et de la Forêt), les Diren (Directions
Régionales de l’Environnement) et par les associations
de protection de la nature ainsi que sur des relevés
de terrain et des enquêtes. Un hydrogéologue peut
également parfois être associé (en cas de captage d’eau
potable à proximité par exemple).
À l’issue de cette phase préparatoire, on pourra décider
du type d’ouvrage à construire. Ainsi, on pourra
choisir d’implanter une pile dans le lit mineur ou non
et de même, le choix entre un ouvrage barrant une
Partie 4 - Photo 1 : exemple d’incompatibilité ouvrage/passage
pêcheurs (désordres hydrauliques engendrés par passage pêcheur
rajouté à l’ouvrage) – Source : M. Gigleux (Cete de l’Est)
Dans ce choix intervient, en plus des critères purement
dimensionnels, la notion « paysagère » et architecturale
associée à tout ouvrage d’art.
Positionnement de l’ouvrage
Impacts
Parmi les enjeux environnementaux, il est nécessaire
de porter une attention particulière à toutes les
zones faisant l’objet d’un inventaire du patrimoine
naturel ou de protections spécifiques : locales,
départementales, régionales, nationales et européennes
(Znieff - Zones Naturelles d’Intérêt Ecologique
Faunistique et Floristique , Zico - Zone d’Importance
pour la Conservation des Oiseaux , réserves naturelles,
arrêté préfectoral de protection de biotope, site Natura
2000).
La traversée de sites naturels abritant des espèces
protégées sera toujours délicate en raison d’une
obligation « d’autorisation préalable » de déplacement
des espèces protégées. L’installation d’un ouvrage
dans/ou à proximité d’un site classé au titre de Natura
2000 fera peser des contraintes d’ordre technique et
administratif sur le dossier et le chantier (justification
argumentée du choix d’implantation de l’ouvrage,
dossier d’incidence spécifique à produire, précautions
spécifiques en phase chantier et exploitation).
Écosystèmes aquatiques et ponts
75
les incidences
Parmi les enjeux environnementaux liés aux cours
d’eau, on retrouve fréquemment les captages
d’alimentation en eau potable avec leurs périmètres
de protection éloignée et rapprochée. Ces enjeux
doivent être pris en compte dans le positionnement
de l’ouvrage, car la mise en œuvre d’un ouvrage
s’accompagne obligatoirement d’une phase chantier,
de remblais plus ou moins importants qui peuvent
présenter des impacts sur les ressources en eau (risques
de pollution, risques d’impact sur les circulations
d’eaux souterraines). Certaines réglementations à
l’intérieur des périmètres de captage interdisent les
remblais, d’autres tous travaux de terrassement ou
toute construction susceptible de porter atteinte à la
qualité des eaux.
Mesures
• Recenser ou faire recenser par des spécialistes les
enjeux environnementaux des sites d’implantation
retenus pour l’installation de l’ouvrage.
• Réaliser une carte des enjeux environnementaux et
localiser les sites qui devront être évités ou protégés
lors du chantier.
• Identifier, d’après les enjeux et la technique de
construction de l’ouvrage, le positionnement «
optimisé » des installations et des pistes de chantier.
• Éviter les sites les plus contraints et si cela n’est
pas possible, argumenter le choix et rechercher des
mesures de réduction-suppression des impacts et
éventuellement de compensation.
• Vérifier que le choix est « possible », que la
réglementation ou les demandes de compensation
ne sont pas rédhibitoires pour le projet (achat d’une
zone naturelle hors emprise, gestion d’un site privé,
déplacements d’espèces protégées dans un autre site
acquis par le maître d’ouvrage, …).
)
)
en place provisoire d’un batardeau en palplanches est
une solution qui, si elle peut engendrer des désordres
hydrauliques, permet, lors de la construction des
appuis, d’éviter de polluer le cours d’eau par le coulis de
béton. Au point de vue impact environnemental, celuici est négligeable (sauf si l’ouvrage est positionné sur
une zone de frayère ou réduit de manière importante
la section hydraulique) compte tenu du peu d’emprise
qu’il représente et de l’absence de pollution générée
par cet aménagement.
Si les culées viennent s’appuyer jusque sur la crête
de la berge, elles risquent d’entraver la circulation
des pêcheurs ou promeneurs, de la faune aquatique
ou terrestre, en particulier de la loutre qui réclame
pour ses déplacements des cheminements libres hors
d’eau.
Mesures
• Identification des zones de frayère afin que le projet
puisse les éviter.
• Conception de l’ouvrage avec comme objectif la
transparence hydraulique et le remous minimum.
• Ré-aménagement de frayère afin de leur redonner
leurs caractéristiques originelles.
Positionnement des piles et des culées
Impacts
La présence d’une pile dans le lit mineur va occasionner
la suppression d’une certaine surface du fond du lit
du cours d’eau. Du point de vue de l’écosystème, cet
impact sera sensible si le milieu concerné présente une
richesse « spécifique » (présence d’espèces animales
ou végétales protégées) ou un enjeu piscicole fort
(frayère).
En plus de cet impact d’emprise, il ne faut pas ignorer
les modifications des conditions locales d’écoulement
et donc la nature des habitats sous influence
« hydraulique » de l’aménagement. La réduction de
la section du lit mineur par l’aménagement d’une
pile peut entraîner la mise en vitesse de l’écoulement
des eaux et perturber la remontée du poisson vers ses
lieux de reproduction ou de nourrissage, voire détruire
une zone de croissance des alevins. L’important est de
bien peser le pour et le contre. Par exemple, la mise
76
Cours d’eau et ponts
Partie 4 - Photo 2 : battage de palplanches en retrait de la
berge afin de maintenir une berge végétalisée « naturelle » et un
cheminement libre le long de la rivière – Source : M. Gigleux (Cete de
l’Est)
Partie 4 - Photo 3 : un ouvrage provisoire pour accéder à la pile du
pont générera moins d’impact qu’un remblai partiel du lit mineur
– Source : M. Gigleux (Cete de l’Est)
les incidences
• Création d’une nouvelle frayère.
• Suivi de la fonctionnalité de la frayère suite à la mise
en place du pont.
• Retrait des appuis afin de maintenir un cheminement
libre le long des berges.
Présence de remblais en lit majeur
Impacts
La présence de remblais d’accès à l’ouvrage au
droit d’une zone humide peut provoquer, outre
la suppression de la surface sous les remblais,
une modification des écoulements d’eau dans la
zone humide qui occasionnerait un changement
du degré d’hydromorphie des terrains (des zones
seraient asséchées et d’autres s’engorgeraient).
Les caractéristiques physiques de la zone humide
pourraient être modifiées et des répercussions se
feraient sentir sur la faune et la flore associées.
Si les remblais se situent dans une zone humide où sont
présents des batraciens, ces derniers risquent d’être
perturbés dans leurs déplacements et particulièrement
lors de la période de reproduction où ils doivent aller
pondre dans un point d’eau bien précis.
)
)
Les remblais risquent de provoquer la destruction
d’une surface de ripisylve mais aussi rompre sa
continuité.
Mesures
• Financement de la gestion d’un milieu naturel
aquatique extérieur au projet (mesure compensatoire)
par le maître d’ouvrage.
• Pose de remblais drainants afin de rétablir une partie
des écoulements souterrains et de surface.
• Pose de traversées hydrauliques sous les remblais pour
rétablir les écoulements préférentiels de surface.
• Suivi naturaliste de la qualité du milieu aquatique
suite à la mise en place de l’ouvrage.
• Suivi des niveaux d’eau dans les zones humides.
• Mise en place de batrachoducs sous les remblais
ou aménagement de mares de substitution pour les
amphibiens.
• Réhabilitation des berges en amont et aval immédiat
de l’ouvrage par des techniques végétales pour rétablir
la continuité de la ripisylve, combattre l’érosion et
augmenter le potentiel biologique du site.
Partie 4 - Photo 4 : le strict respect des emprises et la pose de traversées hydrauliques sous le remblai ont permis de sauvegarder une surface
maximale de zone humide ainsi que son fonctionnement hydrologique – Source : D. Legleye (Cete de Lyon)
Écosystèmes aquatiques et ponts
77
les incidences
)
)
Gabarit de l’ouvrage
Impacts
La conception de l’ouvrage doit lui permettre de
s’intégrer dans le paysage, mais elle doit aussi prendre
en compte les fonctions qui devront être rétablies en
plus de la fonction hydraulique.
Ainsi, la hauteur de l’ouverture sous-ouvrage doit
être déterminée par la hauteur du tirant hydraulique
nécessaire et par la hauteur minimale de l’ouverture
pour rétablir les fonctions identifiées : passage piéton,
cycliste, cavaliers, bétail, grande faune, chemins
agricoles ou forestiers.
Mesures
• Prise en compte de l’ensemble des enjeux dans la
conception de l’ouvrage, identification des fonctions
à rétablir. Le gabarit de l’ouvrage est déterminé par la
fonction hydraulique, le résultat est comparé avec les
hauteurs minimales à respecter pour les circulations
à rétablir (si nécessaire). La plus grande dimension
(hydraulique-autres fonctions) sera retenue.
Les hauteurs indicatives à respecter sont données dans
le tableau ci-contre.
• Aménagement de type banquette calée à la crue
biennale pour le passage de la loutre.
��
Partie 4 - Figure 7 : représentation schématique de la hauteur libre
sous ouvrage (par rapport aux cheminements aménagés) – Source : D.
Legleye (Cete de Lyon)
Fonction
à rétablir
Petite faune *
Hauteur
libre minimale
0,70 m
Piétons, pêcheurs, bétail
2,00 m
Cyclistes
2,50 m
Chevreuil, sanglier, cavaliers **
3,50 m
Cerf, daim **
4,00 m
Agricole, forestier
4,60 m
Partie 4 - Tableau 1 : hauteurs à respecter dans les ouvrages selon la
fonction à rétablir
* : guide technique « aménagement et mesures pour la petite
faune ». Sétra, août 2005 (p 120)
** : guide technique « passages pour la grande faune ». Sétra,
décembre 1993 (p 10)
Partie 4 - Photo 5 : à droite, les marches servent pour le passage de la loutre en période de hautes eaux ; à gauche, le boîtier vert contient un
appareil photo infrarouge à thermoluminescence qui prend des photos de loutre automatiquement la nuit – Source : D. Legleye (Cete de Lyon)
78
Cours d’eau et ponts
les incidences
)
)
Impacts
Altération de la qualité de l’eau et par conséquent
départ des espèces faunistiques et floristiques les plus
sensibles consécutivement aux rejets des eaux de plate
forme (pollution chronique), contamination du milieu
par les métaux.
• Mise en place systématique de systèmes de maintien
des véhicules sur la chaussée en cas d’accident (bordure
béton, glissières, barrières de sécurité…).
• Élaboration d’une procédure d’intervention
d’urgence en cas de pollution accidentelle.
• Suivi de la qualité du milieu aquatique suite à la
construction du pont (analyses physico-chimiques et
hydrobiologiques).
Modification de l’équilibre physico-chimique des eaux
suite aux apports de sel dans les milieux aquatiques
lors des salages hivernaux.
4.2.2 - Phase travaux
Altération de la qualité des eaux pouvant être très aiguë
lors d’une pollution accidentelle.
C’est cette phase qui présente le plus de danger pour
le milieu naturel en raison des risques de pollution ou
de destruction des milieux sensibles.
Prise en compte des risques de pollution routière
Mesures
• Collecte systématique des eaux de ruissellement
sur l’ouvrage afin d’éviter tout rejet direct au milieu
aquatique. Le niveau de traitement et le débit de rejet
seront adaptés à la sensibilité du milieu aquatique
récepteur.
• Mise en place d’un dispositif permanent de piégeage
de la pollution accidentelle. À ce titre, la fermeture
du tablier peut s’avérer être une solution. On notera
qu’elle a pour but d’éviter l’écoulement direct des eaux
de ruissellement et de limiter la projection d’eaux ou de
polluants dans le milieu traversé. Il n’est pas nécessaire
que cette couverture soit totalement étanche.
Partie 4 - Photo 6 : corniche-caniveau sur un pont, recueille et
évacue les eaux de ruissellement de l’ouvrage vers un système de
traitement adapté – Source : M. Gigleux (Cete de l’Est)
Atteinte à la faune locale
Perturbations
• Perturbation des déplacements de la faune
piscicole.
• Perturbation des déplacements des batraciens et
reptiles.
• Dérangement de la faune ripicole (vivant dans la
ripisylve), avifaune essentiellement.
• Perturbation de la qualité de l’eau potable (turbidité,
apport de matières en suspension).
Partie 4 - Photo 7 : exemple de perturbation d’un milieu aquatique
en phase travaux : traversée à gué d’un ruisseau à truites par les
engins de chantier – Source : M. Gigleux (Cete de l’Est)
Écosystèmes aquatiques et ponts
79
les incidences
Mesures
• Pêche de sauvegarde avant le début des travaux
afin de protéger la population piscicole. À ce titre,
une association avec l’Onema (Office national de
l’eau et des Milieux Aquatiques), est souhaitable.
Celle-ci pourra également être poursuivie pendant
toute la durée des travaux pour la surveillance
environnementale, en partenariat avec le responsable
environnement du chantier.
• Phasage des travaux en fonction des périodes de
reproduction des espèces patrimoniales présentes
sur le site : éviter la période novembre-mars pour
les salmonidés et le printemps pour les cyprinidés,
batraciens et oiseaux.
• Mise en place de passages pour batraciens, de
mares de substitution pour protéger les amphibiens
ou déplacement des populations concernées vers des
biotopes équivalents.
• Élaboration, lors de la rédaction du Dce (Dossier de
Consultation des Entreprises) et en collaboration avec
la Ddaf, d’une notice environnementale pour limiter
les dérangements infligés à la faune et imposer le strict
respect des emprises. En phase chantier, l’entreprise
)
)
rédige un Pae (Plan d’Assurance Environnement) sur
la base de cette notice. Le contrôleur vérifie la bonne
application des mesures listées dans le Pae.
Atteinte à la flore locale
Perturbations
• Suppression d’une station d’une plante protégée.
• Intrusion d’espèces végétales invasives par le biais
des remblais (ambroisie, renouée du Japon…) ou
exportation d’espèces invasives vers d’autres milieux
par les déblais.
Mesures
• Recensement puis déplacement de tous les pieds sur
une station similaire.
• Surveillance du phénomène de colonisation par les
indésirables et arrachage si nécessaire. Pour une bonne
mise en œuvre, cette mesure sera intégrée au Pae du
chantier. La surveillance de la colonisation par les
espèces indésirables devra également être poursuivie
tout au long de la phase exploitation de l’ouvrage.
Partie 4 - Photo 9 : berges de la Moselle envahies par la renouée du
Japon, dans les Vosges – Source : M. Gigleux (Cete de l’Est)
Partie 4 - Photo 8 : préservation de la ripisylve sous l’ouvrage
– Source : M. Gigleux (Cete de l’Est)
80
Cours d’eau et ponts
Partie 4 - Photo 10 : perturbation en phase travaux : entraînement
de matières en suspension d’un chantier routier dans un plan d’eau
– Source : M. Gigleux (Cete de l’Est)
les incidences
Atteinte à la qualité des habitats
Perturbations
• Colmatage des habitats aquatiques et plus
particulièrement des frayères suite au relargage de
fines (cf. Partie 4 - Photo 10).
Mesures
• Mise en place de dispositifs permettant de capter
les fines avant leur relargage dans le milieu aquatique
(fossé de collecte, bassin de rétention, filtre à paille…)
(cf. Partie 4 - Photo 11).
)
)
Mesures
• Mise en place de dispositif de récupération ou de
traitement des effluents des engins et installations de
chantier.
• Élaboration, lors de la rédaction du Dce (Dossier
de Consultation des Entreprises) et en collaboration
avec la Ddaf, d’une notice environnementale pour
limiter tout risque de pollution (stockage des produits)
et création d’une procédure d’intervention en cas
d’urgence (kits antipollution, intervention des services
spécialisés). En phase chantier, l’entreprise rédige le
Pae sur la base de cette notice. Le contrôleur vérifie la
bonne application des mesures listées dans le Pae.
Risque de pollution
Perturbations
• Pollution organique chronique par les rejets des
engins et installations de chantier.
• Pollution accidentelle par hydrocarbures ou produit
chimique.
Partie 4 - Photo 11 : filtre à paille à l’exutoire d’un fossé permettant
de retenir une partie des fines avant rejet au milieu récepteur
– Source : D. Legleye (Cete de Lyon)
Partie 4 - Photo 12 : mini station d’épuration des eaux usées (boues
activées) pour traiter les effluents d’une aire de vie sur un chantier
– Source : D. Legleye (Cete de Lyon)
Partie 4 - Photo 13 : bassin de stockage des eaux de rinçage des
toupies de béton – Source : M. Gigleux (Cete de l’Est)
Écosystèmes aquatiques et ponts
81
les incidences
4.2.3 - Phase exploitation
Pollution liée à l’entretien de l’ouvrage
Perturbations
• Apport de polluants (amiante, métaux lourds,
solvants…) au milieu aquatique suite à des opérations
de nettoyage, décapage, peinture, étanchéité,
sablage… On notera que l’amiante n’est plus utilisée
actuellement. Si de l’amiante est présente sur les
chantiers, principalement les chantiers de rénovation,
elle doit être traitée avec un équipement adapté et les
rejets au milieu naturel évités. L’amiante ne paraît pas
à première vue, constituer un enjeux environnemental
du fait de la réglementation la concernant.
Mesures
• Réalisation d’une étude préalable à la remise en
peinture selon les préconisations du fascicule n° 56 du
Cctg (Cahier des Clauses Techniques Générales).
• Respecter les bonnes pratiques lors des travaux :
mise en place d’un platelage jointif provisoire sous
l’ouvrage et recouvert d’une géomembrane (cf. Partie
4 - Photo 14), confinement des zones de travail à l’aide
de bâches (cf. Partie 4 - Photo 15), récupération de
tous les déchets, interception de tous les ruissellements
susceptibles d’atteindre le cours d’eau.
• Élaboration d’une notice environnementale
décrivant les modalités de récupération des déchets
de sablage (rédigée conjointement avec la Ddaf )
(cf. Partie 4 - Photos 14 et 15).
Érosion des berges et affouillement des piles suite à la
mise en place du pont
Perturbations
• L’implantation d’une pile dans le lit mineur crée un
82
)
)
point dur qui peut déclencher une érosion régressive
susceptible d’affecter les berges. De même, si les culées
du pont plongent jusque dans le lit mineur, le linéaire
de berge situé immédiatement en amont et en aval
peut s’éroder.
• Un affouillement des piles peut se produire et, à
terme, mettre en péril la stabilité de l’ouvrage.
Mesures
• Les berges érodées devront être restaurées de
préférence à l’aide de techniques douces (génie végétal).
Les techniques mixtes (type pied de berge enroché et
haut de berge végétalisé) pourront également être
utilisées si les contraintes hydrodynamiques l’imposent.
In fine, on essaiera tant que possible d’éviter d’avoir
recours aux techniques minérales exclusives qui sont
traumatisantes pour la biodiversité aquatique. On
notera que l’utilisation de palplanches doit être limitée
aux cas les plus contraignants. Dans la mesure du
possible, les palplanches doivent être battues en retrait
des berges afin de favoriser la reconstitution de berges
« naturelles ». Elles peuvent par contre être utilisées
pour la protection de piles en rivières car elles n’y
prennent pas la place de berges naturelles.
• Surveillance des phénomènes d’affouillement des
piles par bathymétrie et enrochement des fosses
d’érosion.
Risque de pollution
Perturbations
• Pollution accidentelle par hydrocarbures ou produits
chimiques.
Mesures
• Mise en place de dispositifs de récupération et de
traitement des eaux de chaussée.
• Élaboration d’une procédure d’intervention
d’urgence.
Partie 4 - Photo 14 : mise en place d’un platelage jointif – Source : M.
Partie 4 - Photo 15 : confinement des zones de travail – Source : M. Le
Le Moine (Dde de l’Eure)
Moine (Dde de l’Eure)
Cours d’eau et ponts
Partie 5
Navigation fluviale
et ponts
83
notions générales
Dans ce chapitre sont abordées les spécificités de la
conception d’un pont enjambant une voie navigable,
c’est-à-dire classée dans le Dpfn (Domaine Public
Fluvial Navigable). Cette voie peut être soit un cours
d’eau (rivière, fleuve), soit un canal, et par là-même
ce chapitre se distingue donc des autres qui abordent
principalement le cas des ponts enjambant des rivières
et fleuves.
Une première partie est consacrée à la définition de
certaines notions liées à la navigation, qui aboutit à
la deuxième partie résumant l’influence de la présence
d’un pont sur la navigation. Enfin, la troisième partie
présente l’influence de la présence de navigation sur
la conception du pont.
Remarques relatives aux autres voies naviguées :
Cas des voies naviguées non Dpfn
Certains fleuves et rivières, bien que ne faisant pas
partie du Dpfn, sont en fait utilisés pour la navigation
des canoës, kayaks, et autres embarcations de loisirs
(la Loire est un exemple connu). Ce peut-être le cas
de rivières domaniales (Dpf ) ou non (déclassées ou
n’ayant jamais été domaniales). Ces rivières ne sont
pas directement traitées dans ce chapitre consacré aux
voies navigables, à vocation commerciale à l’origine.
Cependant, la présence de ces embarcations doit être
reconnue par le projet de pont, car elle peut influencer
certaines dispositions constructives. Si la rivière est
utilisée, elle peut l’être par différents types de bateaux :
uniquement canoës, kayaks ou barques, ou des bateaux
plus importants permettant par exemple des petites
croisières familiales (« pénichettes »).
Dans le premier cas, la rivière peut accueillir plusieurs
niveaux de pratiquants (débutants à sportifs), faire
partie d’un circuit touristique balisé ou non… À noter
que la loi sur l’eau de 1992 précise que la navigation
d’engins nautiques de loisirs non motorisés doit être
libre sur toutes les rivières (domaniales ou non) qui
ne font pas l’objet d’un schéma d’aménagement et
de gestion approuvé (cas général, art L. 214-12 du
Code de l’environnement). Ce schéma, ou un arrêté
du préfet, peut réglementer la navigation. Le projeteur
peut se rapprocher de la fédération française de canoëkayak et de ses comités régionaux et départementaux
pour obtenir renseignements et recommandations. Les
principales contraintes sont :
• la présence, position ou conception de piles induisant
des courants dangereux (entraînant vers les berges ou
les piles elles-mêmes) : le courant principal doit se
trouver au milieu de la passe ;
• la hauteur sous l’intrados (minimum 1,5 m au-dessus
de la cote haute en cas de marnage) ;
• la visibilité et/ou signalisation des piles et culées ;
• abolir les éléments en saillie dangereux tant dans
84
Cours d’eau et ponts
)
)
la partie émergée que dans la partie immergée (par
exemple boulons, restes de palplanches du batardeau
de construction, armatures de béton armé…).
Dans le deuxième cas, il s’agit vraisemblablement d’une
ancienne voie navigable, restée dans le domaine public
fluvial (mais non navigable). Son propriétaire ou son
gestionnaire (État ou collectivité territoriale) aura
voulu développer le tourisme sur cette voie, et l’aura
réouverte à la navigation en remettant par exemple
en service les ouvrages de navigation (écluses…). Le
projeteur pourra s’adresser à ce gestionnaire pour
connaître les contraintes liées à cette navigation sous
le pont (gabarit, visibilité…). Des exemples connus
sont le Lot, la Baïse…
Cas des estuaires
Outre les contraintes liées à l’hydraulique, à la salinité
et aux écosystèmes particuliers (qui sont évoqués dans
les autres chapitres), les estuaires et embouchures de
fleuves peuvent supporter de la navigation fluviomaritime voire maritime. Dans ce cas, les dimensions
des bateaux décrites ci-après ne s’appliquent pas,
les navires étant souvent de dimensions bien plus
grandes (jusqu’à 40 m de large et 400 m de longueur).
Nous recommandons alors au projeteur de consulter
les ports situés sur l’estuaire, afin de connaître la
nature de leur trafic, son évolution probable, et leurs
contraintes en général, tant en phase chantier qu’en
phase définitive.
5.1 - Notions sur la navigation
5.1.1 - Gabarits
Il existe en France plusieurs types de bateaux, qui
historiquement se sont adaptés aux gabarits des
voies existantes. Par conséquent, on classe les voies
selon les dimensions du plus grand bateau pouvant
y naviguer.
Deux classifications sont utilisées en France :
la classification française, issue de la circulaire
ministérielle (équipement) n°76-38 de 1976 (33) et
la classification européenne, dite Cemt, issue de la
conférence européenne des ministres des transports
relative aux voies navigables de 1992(34). De plus en
plus, c’est à cette dernière qu’il est fait référence,
notamment parce qu’elle prend en compte des
(33) Circulaire 76-38 du 1er Mars 1976 relative aux caractéristiques des voies
navigables, modifiée par la circulaire 95-86 du 6 novembre 1995, disponibles sur
le site du Cetmef www.cetmef.equipement.gouv.fr (rubrique « projets », ouvrages
et équipements « documents utiles pour les ouvrages de navigation intérieure »)
(34) Résolution Cemt 92/2 relative à la nouvelle classification des voies
navigables, 1992, disponible au http://www1.oecédérom.org/cem/resol/waterway/
wat922f.pdf
notions générales
gabarits de bateaux beaucoup plus grands qui se sont
développés plus récemment.
)
)
Classification Cemt
Elle définit 10 classes de bateaux, numérotées de I à
VII (avec sous classes).
Le tableau 2 ci-dessous donne uniquement les classes
correspondant aux bateaux susceptibles de naviguer
en France.
Classification française : circulaire 76-38 modifiée par la
circulaire 95-86
Il existe 7 classes numérotées de 0 à VI (voir le
tableau 1 ci-dessous).
Les classes 0 et I sont dites « petit gabarit », la classe
II correspond aux dimensions d’un type de bateau
belge, qui circule encore beaucoup en Belgique et dans
le nord de la France, la classe III est très spécifique
au canal du Nord (« gabarit moyen »), les classes IV à
VI correspondent au « grand gabarit ». On distingue
aussi les automoteurs (bateaux incorporant le système
de propulsion), dont les dimensions atteignent
la classe IV, des convois poussés (composés d’un
pousseur contenant le système de propulsion et d’une
ou plusieurs barges) à partir de la classe IV. Les «
péniches » sont une autre appellation des automoteurs
Freycinet.
À partir de ces classes de bateaux, sont définies des
caractéristiques dimensionnelles minimales des
chenaux et ouvrages des voies navigables. Les différents
termes utilisés sont explicités dans la Partie 5 - Figure
1 ci-après.
Les chemins de service (« chemins de halage ») ne
sont pas indiqués sur la Partie 5 - Figure 1. Ils doivent
cependant être présents tout le long d’un côté de la
voie navigable, et donc en particulier ne pas être
interrompus par le pont. Souvent, un autre chemin
de l’autre côté est présent, appelé « chemin de contrehalage ».
Classe
Port en lourd (t)
Longueur (m) Largeur (m) Tirant d’eau (m)
Commentaire
0
50 à 250
-
-
-
Par exemple Canal du Midi
I
250 à 400
38,5
5,05
2,2 ou 2,5
Gabarit Freycinet
II
400 à 650
50
6,6
2,5
Gabarit Campinois
III
650 à 1000
90
5,7
2,2 ou 2,5
Gabarit Canal du nord
IV
1000 à 1500
105
11,4
2,5 ou 3,0
Pousseur + 1 barge
V
1500 à 3000
180
11,4
2,5
VI
3000 à 5000
180
11,4
3
Pousseur + 2 barges en flèche
Partie 5 - Tableau 1
Classe
Tonnage (t)
Longueur (m) Largeur (m) Tirant d’eau (m)
Equivalent classe française
I
250 à 400
38,5
5,05
1,8 à 2,2
I
II
400 à 650
50 à 55
6,6
2,5
II
Va
1600 à 3000
95 à 110
11,4
2,5 à 4,5
IV
Vb
3200 à 6000
172 à 185
11,4
2,5 à 4,5
V et VI
Partie 5 - Tableau 2
Navigation fluviale et ponts
85
notions générales
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Partie 5 - Figure 1 : définition des dimensions du bateau et de la voie navigable – Source : petit guide de la voie d’eau (Vnf )
Les dimensions de la voie navigable sont déterminées
à partir de considérations de sécurité et de confort de
la navigation ainsi que d’économie de construction
et d’entretien de la voie. Ainsi sont pris en compte
plusieurs facteurs dont la vitesse du bateau, sa
manœuvrabilité, la position du poste de conduite, ainsi
que la vitesse du courant et du vent dominant.
• Mouillage = tirant d’eau + 50 cm pour le petit gabarit,
tirant d’eau + 1 m pour le grand gabarit (pied de pilote
+ mouvements du plan d’eau + sédimentation)
Les différentes dimensions définies par la circulaire
76-38 modifiée par la circulaire 95-86 sont :
• longueur utile, largeur utile et mouillage des
écluses,
• largeur, hauteur libre et hauteur au-dessus du plan
d’eau des chemins de services,
• caractéristiques de la section mouillée : surface,
largeur au plafond (selon pente des berges),
mouillage,
• caractéristiques du rectangle de navigation : largeur
et profondeur,
La circulaire 76-38 énonce ensuite la classe attribuée
à chaque voie navigable française. Ainsi, même si
une voie présente des sections ne respectant pas les
dimensions associées à sa classe (pour des raisons
historiques), les transformations d’ouvrages ou les
nouveaux ouvrages devront les respecter.
et surtout pour ce qui nous intéresse :
• hauteur libre et ouverture libre des ponts,
• rayon des courbes et surlargeurs associées (dont
l’ouverture libre des ponts doit tenir compte).
Ces dimensions ont été déterminées par optimisation
économique des caractéristiques nécessaires pour la
sécurité et le confort de la navigation, et sont donc
considérées comme des minima à respecter. Toute
dérogation doit être justifiée en particulier auprès
des professionnels de la batellerie, et même, si c’est
possible, à partir de simulations de navigation,
numériques et/ou physiques. Cependant, la géométrie
même des bateaux définit des minima absolus :
• Hauteur libre = tirant d’air + 30 cm (dus aux
mouvements du plan d’eau)
86
Cours d’eau et ponts
La circulaire précise également les conditions
de passage d’une section à une autre section de
dimensions différentes.
5.1.2 - Administration des voies navigables
Les voies navigables françaises font partie du
domaine public fluvial navigable, et sont gérées par
différentes entités administratives. Il peut s’agir de
Voies Navigables de France (qui gère environ 90 %
du réseau), de la Compagnie Nationale du Rhône
(qui gère le Rhône), de collectivités territoriales (par
exemple la région Bretagne est propriétaire et gère
le canal de Nantes à Brest), ou de l’État directement
(Sèvre Niortaise par exemple). Lorsqu’il s’agit de voies
gérées par Vnf ou l’État, c’est le Service Navigation
ou la Direction Départementale de l’Équipement aussi
qui est l’interlocuteur local.
Nous invitons le projeteur à se rapprocher du
gestionnaire local de la voie pour connaître au mieux
les contraintes dues à la navigation et éventuellement
à les associer au projet le plus tôt possible.
notions générales
)
)
5.1.3 - Vitesses et courants
Dans ce paragraphe ne sont pas traités les courants
dus à la rivière, qui sont traités largement dans
d’autres parties. Cependant, la circulation d’un bateau
s’accompagne de différents phénomènes physiques qui
d’une part vont engendrer des perturbations du plan
d’eau, et d’autre part vont limiter la vitesse maximale
que pourra atteindre le bateau. Ces phénomènes
sont bien décrits dans la littérature, et le lecteur
pourra trouver une bonne synthèse dans le rapport
du Cetmef(35).
Ces mouvements d’eau créés par la navigation
proviennent du déplacement même du bateau.
L’ensemble des phénomènes est regroupé sous le terme
de batillage, qui se décompose en plusieurs types de
mouvements d’eau.
Partie 5 - Photo 1 : mouvements du plan d’eau au passage d’un
bateau – Source : Cetmef
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En effet, le bateau pour avancer doit déplacer un
volume d’eau. Ce volume, d’abord poussé vers l’avant
mais ne pouvant s’y accumuler, revient vers l’arrière
du bateau en créant ce qu’on appelle le courant de
retour, considéré comme étant l’une des sollicitations
les plus dommageables pour les berges et le fond des
canaux. Cette accélération locale de l’eau provoque
un abaissement brusque du plan d’eau au niveau du
bateau, tandis que le volume poussé forme le bourrelet
de proue. Des ondes secondaires sont ensuite créées
à l’arrière du bateau, souvent appelées ondes de
batillage. Enfin, le bateau se déplace grâce à une ou
plusieurs hélices, qui elles aussi créent un courant,
c’est le jet d’hélice.
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La suite donne des méthodes simples d’évaluation de
ces phénomènes, dont il faudra tenir compte dans la
conception du pont, puisqu’ils peuvent augmenter
les courants et sollicitations sur le pont ainsi que
sur le fond et les berges (érosion). Si les estimations
auxquelles aboutit le concepteur paraissent trop
farfelues (valeurs trop importantes d’affouillement…),
un recours à des méthodes plus précises, voire à de la
modélisation physique ou numérique, peut s’avérer
utile.
(35) Sollicitations hydrodynamiques du talus sous fluvial des berges – Étude
bibliographique, notice Cetmef STC.VN n°87-2, octobre 1987.
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Les photos et figures ci-contre illustrent ces
phénomènes.
Un bateau provoque donc quatre grands types de
mouvements d’eau :
• le courant de retour,
• l’abaissement du plan d’eau,
• le batillage,
• le jet d’hélice.
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Partie 5 - Figure 2 : phénomènes hydrauliques au passage d’un
bateau dans une voie navigable – Source : Cetmef
Navigation fluviale et ponts
87
notions générales
Courant de retour et abaissement du plan d’eau
Batillage
Plusieurs méthodes ont été utilisées pour évaluer
ces phénomènes. La plus utilisée est la méthode des
énergies, dite méthode de Schijf(36).
Dans le langage courant, ce sont en fait les ondes
secondaires créées par le passage du bateau, et se
dirigeant du bateau vers les berges. Elles ont été peu
étudiées en fluvial, mais Havelock(37) a déterminé la
formule suivante à partir de la théorie de Kelvin :
Un abaque est constitué (cf. Partie 5 - Figure 3) à
partir des équations de continuité et de l’équation de
Bernoulli, et en adoptant les hypothèses d’assiette nulle
du bateau, d’une répartition uniforme du courant de
retour sur la section et de frottements négligeables sur
la coque et le fond.
Celui-ci donne en fonction du paramètre N, défini
ci-après, la vitesse limite du bateau, l’abaissement du
plan d’eau et la vitesse du courant de retour. N est
le rapport de la section transversale droite du canal
(pour un canal rectangulaire il s’agit de la largeur
du canal multipliée par sa profondeur) à la section
transversale droite mouillée du bateau (pour un bateau
rectangulaire il s’agit de la largeur multipliée par son
tirant d’eau ; elle est appelée aussi maître-couple).
Cet abaque a été vérifié sur modèles réduits et
correspondant au domaine de validité suivant :
2 < largeur de la voie à la flottaison / largeur du
bateau < 12.
Une autre méthode utilisée est celle développée par
la Cnr (Compagnie Nationale du Rhône), qui prend
en compte les équations de conservation de masse et
de quantité de mouvement ainsi que les frottements.
Une résolution manuelle est alors impossible, mais le
logiciel Delhbat de la Cnr. peut être utilisé. Cette
méthode est évidemment meilleure que celle de Schijf,
puisqu’elle repose sur moins d’hypothèses réductrices,
et a le même domaine de validité. De plus, il existe
des corrections pour tenir compte de l’excentricité de
la trajectoire du bateau.
(36) Rapport, Ph. Jansen et J.B. Schijf, S. I, C. 1, 18ème congrès Aipcn, Rome,
1953.
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Partie 5 - Figure 3 : abaque de Schijf – Source : Cetmef
Cours d’eau et ponts
Avec :
H = hauteur des vagues secondaires (m)
a1 = coefficient correcteur (égal à 1 pour des convois
chargés, inférieur sinon)
h = hauteur d’eau dans le canal (m)
V = vitesse du bateau (m/s)
D = distance de la vague au bateau (m)
g = 9,81 m/s2
À titre d’exemple, pour un convoi chargé enfoncé à
3 m navigant à 7 km/h sur un canal profond de 4 m
et passant à 5 m de la berge, la hauteur des vagues
secondaires atteignant la berge est de 3,5 cm.
Jet d’hélice
Ce thème a été l’objet de peu de recherches. Une
publication du Stcpmvn (Service Technique Central
des Ports Maritimes et des Voies Navigables, devenu
Cetmef depuis) de 1985 reprend les principaux
résultats (38), et recommande surtout les méthodes
exposées par Blaauw et Van de Kaa(39). La méthode de
calcul des sollicitations, exposée en annexe, permet, à
partir du type d’hélice et de sa puissance, de calculer
le diamètre des enrochements de protection du fond
et des berges. Cependant, les effets des jets d’hélice ne
sont prépondérants que dans des zones de manœuvres,
où le pilote utilise toute la puissance de ses moteurs :
sortie d’ouvrage, zone de virement…
Comme indiqué plus haut, il existe une vitesse limite
à l’avancement d’un bateau, fonction du bateau et de
la section du canal. En pratique, la vitesse possible
d’un bateau est d’environ 85 % de cette vitesse limite
(au-delà, l’augmentation de la puissance nécessaire à
l’augmentation de la vitesse est trop grande).
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H = a1.h.(D/h)-1/3.(V/√(gh))4
5.1.4 - Vitesse réglementaire
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88
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(37) Ship waves and the stability of armour layers protecting slopes, H.J. Verhey et
M.P. Bogaerts, publication n°428, Laboratoire Hydraulique de Delft, présenté au
9ème congrès international « Harbour International Congress », Anvers, Belgique,
juin 1989, disponible au www.wldelft.nl
(38) Effets érosifs des jets d’hélice de bateaux sur les fonds et les talus des voies
navigables, notice Cetmef ER.VN n°85.1, novembre 1985
(39) Érosion of bottom and sloping banks caused by the screw race of manœuvering
ships, H.G. Blaauw et E.J. Van de Kaa, publication n°202, Laboratoire
Hydraulique de Delft, 1978
notions générales
De plus, pour des raisons de sécurité de la navigation
et de conservation des berges, la vitesse des bateaux est
limitée voie par voie, un peu comme sur les routes...
C’est « l’avis à la batellerie n°1 », édité par Vnf par
bassin ou voie annuellement qui donne cette vitesse
limite. À titre d’indication, la vitesse limite sur la
plupart des canaux à gabarit Freycinet est de 6 km/h,
tandis qu’elle est de 18 km/h sur la Seine aval (à l’aval
de Paris).
5.1.5 - Ouvrages de navigation
Des ouvrages spécifiques à la navigation sont
nécessaires sur la voie navigable. Il s’agit des écluses,
barrages ou seuils, tunnels-canaux, ponts-canaux. Ces
ouvrages induisent eux-mêmes des contraintes sur la
navigation : modification ou création de courants
(barrages, seuils), limitation de vitesse (écluses,
ponts-canaux et tunnels-canaux), trajectoires imposées
et/ou difficiles.
5.1.6 - Notion de manœuvrabilité
Cette notion est évidemment difficilement quantifiable.
C’est la capacité d’un bateau à choisir sa direction
d’avancement, et à ne pas subir les phénomènes
hydrauliques présents autour de lui (courant de la
rivière, remous, vagues…). En effet, un bateau, même
en ligne droite, navigue dans une certaine bande plus
ou moins large selon les conditions de courants et
de vent et ses propres réponses à ces sollicitations
extérieures. Ce phénomène est appelé louvoiement.
Le phénomène principal qui conditionne la
manœuvrabilité d’un bateau est la différence de vitesse
entre le bateau et le courant. Plus cette différence est
grande, plus le bateau sera manœuvrable. Ainsi, un
bateau avalant (allant vers l’aval) aura moins d’aisance
à changer de cap qu’un bateau montant (allant vers
l’amont).
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Plusieurs études ont tenté de définir la « zone de
manœuvre » en ligne droite d’un bateau. Il s’agit de la
zone dans laquelle un bateau peut corriger de petites
embardées. Cette zone varie selon les auteurs de 1,6 à
3 fois la largeur du bateau, et varie selon la vitesse du
bateau, le système de pilotage et son temps de réponse,
du vent, des courants, de l’élancement du bateau (le
rapport entre sa longueur et sa largeur), de la forme
de sa coque, et bien-sûr du pilote.
La Partie 5 - Figure 4 montre la variation de la largeur
de cette zone de manœuvre ΔBf en fonction de la
vitesse du courant pour un convoi de 185 m x 11,4 m
x 2,5 m navigant entre 12 et 14 km/h(40) (et issu de
mesures en nature). Elle montre clairement que la
bande balayée par le bateau est plus importante pour
un bateau avalant que montant, et qu’elle augmente
quand la différence de vitesse entre bateau et courant
diminue (dans la Partie 5 - Figure 4, le signe négatif
de la vitesse est une convention d’écriture qui indique
que la vitesse relative du bateau à l’eau est obtenue
par soustraction de la vitesse du courant à la vitesse
du bateau).
À cette zone de manœuvre s’ajoute une surlargeur en
courbe correspondant à la zone balayée par le bateau
en cours de virement. En supposant que le bateau reste
tangent à sa trajectoire en point situé au milieu de sa
longueur, cette surlargeur est géométriquement égale
à L²/8R où L est la longueur du bateau et R le rayon
de la courbe décrite par le bateau. En réalité, le bateau
« glisse » sur sa trajectoire ; il existe donc en plus une
dérive, c’est-à-dire l’angle que fait le bateau avec sa
trajectoire, qui augmente d’autant la bande balayée
par le bateau. Cette dérive est proportionnelle à la
vitesse du bateau et inversement proportionnelle au
rayon de la trajectoire, mais dépend d’autres facteurs
(notamment le vent). Souvent la prise en compte de la
dérive conduit à considérer que le point de tangence
du bateau avec sa trajectoire n’est plus au milieu du
bateau, mais décalé vers l’arrière. Plusieurs auteurs
conseillent de situer ce point à une distance égale
à √2/2*L de la proue du bateau, ce qui donne une
surlargeur de L²/4R. La surlargeur doit être doublée
pour les chenaux à double sens de circulation. C’est
ce raisonnement qui a guidé les auteurs de la circulaire
76-38, et les valeurs de surlargeur données sont
calculées ainsi.
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Partie 5 - Figure 4 : évolution de la largeur de la zone de manœuvre
avec le courant – Source : Cetmef
(40) Fahrdynamik von Binnenschiffen, Verein für Binnenschiffahrt und
Wasserstraßen e.V., novembre 1992
Navigation fluviale et ponts
89
notions générales
Des mesures en nature allemandes ainsi que des tests
sur modèle de l’US Army Corps of Engineers ont
tenté de définir les zones de manœuvre en courbe.
Ils montrent d’une part que la zone balayée ainsi que
l’angle de dérive sont plus importants pour des bateaux
avalants, et d’autre part que la zone où le bateau est
le plus en travers de sa trajectoire est située en entrée,
en sortie et au milieu de la courbe (bateau montant
et avalant)(41), (42).
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Par exemple, pour les convois grand gabarit (11,4 m
x 185 m), on peut se rapprocher des convois nord
américains mesurant 10,6 m x 208 m (35 pieds
x 685 pieds). Des tests sur modèles avec des convois
poussés ayant la puissance minimum montrent que,
pour ce type de convois, l’angle de dérive dans une
courbe de rayon extérieur 974 m (3 000 pieds) est de
10,2°, et que la largeur de la bande balayée est alors
de 47,5 m (156 pieds) (pour une vitesse de courant de
0,91 m/s, soit 3 pieds/s). La figure 6 montre les abaques
obtenus avec ce modèle pour ce type de bateau pour
différentes vitesses de courant et différentes longueurs
de courbes (angle de l’arc de 30, 60 et 90°).
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Partie 5 - Figure 5 : positions d’un convoi avalant dans une courbe
– Source : tiré de Inlandnavigation and canalization, M. S. Petersen, Usace Enegineer
Pamphlet n°EP-1110-2-14, 1997, disponible d’après Layout and design of shallow draft
waterways, Usace Engineer Manuel n°EM-1110-2-1611, 1980
(41) Layout and design of shallow draft waterways, Usace Engineer Manual
n°EM-1110-2-1611, 1980, disponible sur www.usace.army.mil/publications/
(42) Inland navigation and canalization, M. S. Petersen, Usace Engineer
Pamphlet n°EP-1110-2-14, 1997, disponible sur www.usace.army.mil/
publications/
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Partie 5 - Figure 6 : angle de dérive pour des convois poussés dans des courbes uniformes – Source : tiré de Inlandnavigation and canalization, M. S. Petersen,
Usace Enegineer Pamphlet n°EP-1110-2-14, 1997, disponible d’après Layout and design of shallow draft waterways, Usace Engineer Manuel n°EM-1110-2-1611, 1981
90
Cours d’eau et ponts
les incidences
5.2 - Incidence du pont sur la
navigation
Le pont provoque en général une section singulière sur
le parcours d’un bateau parce qu’il réduit souvent les
distances entre bateau et berges et amène une hauteur
libre limitée.
Les principales conséquences possibles de la présence
d’un pont enjambant une voie navigable sont :
• réduction de la hauteur libre,
• réduction de la largeur de la voie navigable,
• réduction de la largeur du chenal,
• augmentation ou déviation des courants,
• modification de la trajectoire imposée au bateau,
• présence d’un alternat,
• réduction de la visibilité,
• risque de choc sur pile.
Rappelons que le pont ne doit en aucun cas réduire
le rectangle de navigation.
En général, l’incidence du pont sera différente selon
que la voie navigable est une rivière ou un canal :
• dans le cas d’un canal, il est souvent aisé de réduire
la largeur du plan d’eau, et la section mouillée.
En effet, il n’existe généralement pas de débouché
hydraulique à respecter, de crues à laisser passer(43)…
Que la section du canal soit trapézoïdale ou non,
l’économie du projet de pont tendra à rapprocher les
culées des berges, et même souvent à confondre une
culée avec la berge, les berges devenant à cette occasion
verticales. Il faut cependant non seulement respecter le
rectangle de navigation, mais aussi permettre au bateau
de conserver sa vitesse, donc conserver le rapport
N cité plus haut, ce qui nécessite d’approfondir
localement le canal. Dans ce cas, des contrôles de
la sédimentation doivent être prévus sous le pont,
un point bas « attirant » toujours les sédiments. De
plus, la réduction de largeur au miroir (c’est à dire à la
surface de l’eau) doit être amenée par des transitions
douces pour guider le pilote afin d’éviter les chocs avec
les berges. Ces transitions sont idéalement effectuées
sur 10 fois la longueur du plus grand bateau circulant
sur le canal, mais on peut réduire jusqu’à 2 fois la
longueur du plus grand bateau ;
• dans une rivière, la réduction de la section mouillée
n’est souvent pas acceptable, et la réduction de largeur
(43) Cependant, de plus en plus les canaux sont considérés comme des chenaux
d’évacuation des crues possibles, et on voit fleurir des projets de réduction des
inondations utilisant le canal proche, latéral à la rivière le plus souvent, pour
contourner une ville à protéger et diriger les eaux d’une crue plus en aval. Dans
ce cas, un débouché hydraulique minimal est à conserver, mais celui-ci sera
vraisemblablement et théoriquement inférieur au rectangle de navigation. En effet,
dans le cas contraire, les flux seraient tels que les ouvrages du canal devraient être
renforcés. De tels projets impliquent de plus une révision de protection des berges,
et l’étude de l’incidence sur la navigation (en canal, des vitesses supérieures à 1 m/s
ne sont pas envisageables).
)
)
possible est faible. Pour de grandes largeurs de rivière,
ou un biais de l’ouvrage d’art important par rapport
à la rivière, il est donc souvent envisagé de placer
des piles en rivière. Ces piles constituent un danger
réel pour la navigation, et il convient de les signaler
correctement (c’est-à-dire au moins remplacer par une
signalisation lumineuse et radar pour la navigation de
nuit et par temps de brouillard, cf. la section 5.4), de
les concevoir ou de les protéger contre les chocs.
Il faut aussi intégrer l’environnement du pont lié à la
navigation. Si d’autres ouvrages de navigation existent
(barrage, écluse, pont-canal, tunnel-canal, port ou
quai), le pont viendra ajouter des contraintes sur la
navigation. En particulier si des piles se trouvent en
rivière, les courants induits viennent se superposer à la
modification des courants due à ces ouvrages. Un autre
exemple est la modification du tracé du chenal : il faut
que celle-ci soit compatible avec des points de passage
obligés (entrée d’écluse, de tunnel…). Les distances
à considérer pour l’examen de l’environnement du
pont sont de deux fois les distances mentionnées par
la circulaire n°76-38 pour la visibilité du pilote, soit
six fois la longueur du bateau le plus long navigant
sur la voie, avec un minimum de 400 m, en amont
comme en aval.
Ces conséquences ont une influence sur un linéaire
qui dépasse largement celui du pont. C’est pourquoi il
faut intégrer ces aspects dès le début de la conception
de la voie portée, et ne pas attendre la définition du
pont lui-même.
5.3 - Incidence de la navigation
sur la conception des ponts
L’idéal est que le pont n’ait aucune influence sur la
navigation : pas de réduction de largeur au miroir
(c’est-à-dire à la surface de l’eau), de modification
du profil en travers de la voie navigable, de pile
en rivière… Il est souvent difficile d’atteindre cet
objectif.
Les sections précédentes ont détaillé les interactions
entre le pont et la navigation. Cette section résume
les moyens et recommandations pour réduire ces
interactions ou pour en tenir compte dès la conception
de la voie portée.
5.3.1 - Dimensions obligatoires
La circulaire 76-38 modifiée par la circulaire 9586 donne les dimensions minimales à respecter
par les ponts. Rappelons qu’elles sont issues d’une
optimisation économique des caractéristiques
nécessaires à la sécurité et au confort de navigation
Navigation fluviale et ponts
91
les incidences
(vitesse de navigation, distances de sécurité…). Ces
dimensions sont confortables dans des conditions
normales, mais les risques associés ne sont pas
négligeables par conditions dégradées (notamment
vent et/ou courant forts, brouillards).
En canal, elles sont résumées ci-après (cf. Partie 5
- Tableau 3).
Les valeurs d’ouverture libre normale et minimale
s’entendent pour un pont situé au-dessus du chenal
en ligne droite. Pour un pont enjambant un chenal
en courbe, afin de prendre en compte la zone balayée
par le bateau, il faut ajouter la valeur de la surlargeur
donnée en dernière colonne dans le cas d’une passe
navigable, les deux-tiers de cette surlargeur pour
chaque passe dans le cas de deux passes navigables
(à titre d’information, ces valeurs sont issues de
la formule L²/2R, où L est la longueur du bateau
considéré, R est le rayon décrit par le chenal).
La circulaire précise que l’ouverture minimale ne doit
être prévue que dans les cas particulièrement difficiles,
et doit faire l’objet de justifications. Dans les classes
V et VI, elle est égale à la largeur du rectangle de
Classe
Hauteur
libre (m)
0
)
)
navigation, les piles devront donc être dimensionnées
pour résister au choc d’un bateau.
En rivière, ces valeurs doivent être augmentées pour
tenir compte des courants. La hauteur libre est
déterminée par rapport au niveau des plus hautes eaux
navigables, excepté pour les classes V et VI où elle est
déterminée par rapport à une Ler (Ligne d’Eau de
Référence) dont la cote au droit du pont est égale à la
moyenne des niveaux caractéristiques annuels calculée
sur les vingt dernières années. Le niveau caractéristique
annuel représente le niveau le plus élevé atteint chaque
année pendant cinq jours consécutifs hors crue de
périodicité décennale ou supérieure.
Les valeurs recommandées par la circulaire sont
résumées ci-après (cf. Partie5 - Tableau 4).
Dans le cas où une étude de manœuvre est conduite
pour déterminer l’ouverture libre d’un pont située
au-dessus d’une courbe, elle sera égale à la plus grande
largeur de la bande balayée par les bateaux aux Phen,
prise sur une longueur de bateau au droit du pont, et
augmentée de 10 m (pour toutes les classes).
Une passe navigable
Deux passes navigables
Surlargeur
Ouverture libre
normale (m)
Ouverture libre
minimale (m)
Ouverture libre
minimale (m)
Ouverture libre
normale (m)
Courbe
de rayon R
-
-
-
-
-
-
I
3,70
34
25
15
23
800/R
II
4,10
39
30
-
-
-
III
4,10
39
30
20
24
3 600/R
IV
5,25
45
36
24
30
5 500/R
V
7,00
45
36
24
30
16 000/R
VI
7,00
47
38
24
32
16 000/R
Partie 5 - Tableau 3
Classe
Hauteur libre / ligne d’eau
I
Une passe navigable
2 passes navigables
3,70 / Phen
25
16
II
4,10 / Phen
25
16
III
4,10 / Phen
30
20
IV
5,25 / Phen
40
25
V
7,00 / Ler et 5,25 / Phen
40
25
VI
7,00 / Ler et 5,25 / Phen
Surlargeur en courbe
Partie 5 - Tableau 4
92
Ouverture libre
Cours d’eau et ponts
42
25
Étude particulière de manœuvre aux Phen
ou
Surlargeur normale
Deux tiers de la surlargeur
normale
les incidences
De plus, le pont doit ménager le passage du chemin de
service, de largeur 3,5 m et de hauteur 3,5 m.
5.3.2 - Positionnement de l’ouvrage sur la
voie navigable
Bien avant la conception du pont lui-même, le tracé
en plan de la voie portée aura une influence sur la
position du pont, et donc une influence à la fois sur sa
conception et sur les interactions avec la navigation. Si
une modification de ce tracé en plan est possible visant
une réduction des interactions avec la navigation, il
est probable que des réductions de coûts s’ensuivront.
Par exemple, éloigner le pont d’un complexe barrage écluse où généralement la rivière a été élargie permettra
de réduire la portée, ou même de supprimer une
pile, et facilitera le choix de la trajectoire des bateaux
entrant et sortant de l’écluse ; ceci est vrai aussi à
proximité d’autres ponts, ou d’autres ouvrages de
navigation.
Pour des raisons de manœuvrabilité, il est recommandé
de ne pas placer un pont réduisant la section de la voie
navigable en aval d’un méandre ou d’une courbe, car
un bateau avalant aura plus de difficultés à s’aligner
puisqu’il doit d’abord passer le premier obstacle
(la courbe) puis aborder la section réduite du pont,
tout en étant faiblement manœuvrant et en ayant
une visibilité moins bonne de la trajectoire à suivre.
L’idéal est donc de placer le pont en partie rectiligne
de la voie navigable, ou, si cela n’est pas possible, de le
placer à l’amont d’une courbe. Cela est bien-sûr vrai
en rivière, mais aussi en canal, des courants pouvant
apparaître à cause des éclusées.
De plus, il est souhaitable qu’un tel pont soit visible
par le pilote depuis une certaine distance ; la circulaire
n°76-38 demande à ce que cette distance soit égale à
trois fois la longueur du plus grand bateau navigant
sur la voie, avec un minimum de 200 m.
Pour de grandes largeurs de rivière (ou un biais
important), des piles sont souvent prévues dans la
rivière. Elles devront être parallèles à l’axe du chenal.
Dans ce cas deux possibilités sont offertes, selon la
position du chenal dans la rivière (il n’est pas toujours
au milieu de la rivière) et de celle du pont :
• les bateaux passent dans les deux sens sous une même
passe (une passe navigable),
• les bateaux montants et avalants empruntent des
passes différentes (deux passes navigables).
La circulaire recommande en canal comme en rivière
de conserver une seule passe navigable. Cependant,
la deuxième option peut être préférée lorsque le pont
est proche d’une courbe ou même en courbe. En effet,
compte-tenu de la surlargeur, la largeur nécessaire
de la passe commune est souvent incompatible avec
)
)
la conception même du pont, ou trop onéreuse. On
préfère alors séparer les deux sens de circulation, et
faire passer les bateaux avalants sur l’intérieur de la
courbe (où les courants sont plus faibles), si cela est
compatible avec le chenal.
Si l’ouvrage est situé à proximité d’un barrage de
navigation ou d’une écluse, certaines précautions
particulières sont à ces ouvrages modifient le régime
normal des courants de la rivière, et peuvent donc
avoir une influence sur les affouillements prévisibles
des piles et culées. Dans ce cas, une étude plus poussée
de ces courants par une modélisation numérique ou
physique est recommandée ;
• la proximité de dangers différents pour les bateaux
augmente les risques en cas de problème au passage
de l’un ou l’autre des ouvrages. En effet, le passage
normal est rendu plus délicat, et un problème sur le
passage de l’un augmentera la probabilité de choc du
bateau sur l’autre.
5.3.3 - Conception de l’ouvrage
Phénomènes hydrauliques
• le passage d’un bateau induit des sollicitations à
prendre en compte lors de la conception du pont ;
• l’abaissement du plan d’eau rapproche l’hélice du
fond et augmente son effet sur l’affouillement ;
• l’abaissement du plan d’eau du côté d’une pile où le
bateau passe peut induire de la flexion dans celle-ci, le
plan d’eau de l’autre côté n’étant pas affecté ;
• le courant de retour peut s’ajouter au courant de la
rivière, ou en créer un dans un canal ;
• le batillage augmente les efforts à prendre en compte
pour les protections des berges entourant les culées.
Il faut noter que la méthode de Schijf exposée plus
haut suppose une section constante, une longueur
infinie de la voie navigable, et la présence d’un seul
bateau. Dans le cas d’une réduction de la section due
au pont, et a fortiori pour les cas où le croisement ou
trématage (dépassement) est possible, les phénomènes
hydrauliques sont complexes, et l’abaissement prévu
par la théorie de Schijf peut sous estimer le véritable
abaissement du plan d’eau.
Pour évaluer plus précisément ces sollicitations,
et connaître les critères de dimensionnement de
protection en enrochement et par palplanches,
le projeteur peut consulter la notice Cetmef
« Sollicitations hydrodynamiques du talus sous fluvial
des berges »(44).
« Le catalogue des défenses de berges » du Cetmef
devrait être prochainement actualisé, et en particulier
(44) Sollicitations hydrodynamiques du talus sous fluvial des berges – Étude
bibliographique, notice Cetmef STC.VN n°87-2, octobre 1987.
Navigation fluviale et ponts
93
les incidences
intégrer les défenses végétales. L’Annexe 5.1 donne les
méthodes de dimensionnement des protections contre
les jets d’hélice(45).
Il faut cependant relativiser avec les autres sollicitations
auxquelles le pont est soumis. En effet, il est probable
que dans une rivière ou un fleuve, les affouillements
et l’érosion des berges dus aux crues sont bien plus
grands que ceux dus à la navigation. Sur un canal,
leur faible largeur en France permet de supposer que
le pont n’offrira pas de réduction supplémentaire de la
section, mais les sollicitations citées ci-dessus devront
être prises en compte.
Choc des bateaux
Le dimensionnement des ponts vis-à-vis des chocs de
bateaux est prescrit par la circulaire 76-38, et renvoie
aux règlements en vigueur pour la méthode.
Actuellement, c’est le fascicule 61 titre II (Bael 91
modifié 99) qui indique les efforts statiques équivalents
à prendre en compte sur les piles de ponts par un
choc avec des bateaux (fluviaux) selon leur gabarit
(cf. Partie 5 - Tableau 5).
La valeur du choc frontal est prise pour les parties
d’ouvrage perpendiculaires au chenal de navigation,
celle du choc latéral pour les parties d’ouvrage
parallèles au chenal. Ces efforts sont à appliquer au
niveau des Phen (Plus Hautes Eaux Navigables).
)
)
Cependant, l’entrée en application des Eurocodes
va modifier à la fois ces valeurs et la manière de
les prendre en compte. L’approche probabiliste des
Eurocodes peut conduire à effectuer une analyse de la
probabilité de différents scénarios de choc en fonction
du type de bateau et des conditions de navigation
(débit de la rivière…), et ainsi évaluer la force à
reprendre selon la probabilité d’occurrence que le
maître d’ouvrage accepte.
C’est l’Eurocode 1 partie 1-7 (pr EN 1991-1-7)
qui traite des sollicitations accidentelles, chocs et
explosions. Il n’en est pas encore à sa version définitive,
les valeurs citées ci-après sont donc susceptibles de
changer, et nous renvoyons le lecteur à la version qu’il
aura alors à sa disposition.
L’Eurocode 1.1-7 préconise différentes méthodes
permettant de déterminer les forces dues au choc
d’un bateau de masse et de vitesse déterminées par le
scénario de choc dont la probabilité est acceptée par
le maître d’ouvrage. La vitesse du bateau doit prendre
en compte la vitesse de la rivière.
Pour les classes Cemt, et pour des conditions dites
« standards », il donne les valeurs suivantes des
forces statiques à prendre en compte (cf. Partie 5 Tableau 6), qu’on peut appliquer à défaut de l’étude
de risque mentionnée ci-dessus(46):
La hauteur de l’impact doit être déterminée de telle
manière qu’elle soit le plus défavorable. En général,
(46) prEN 1991-1-7 : Eurocode 1 - Actions on structures, Part 1-7: General
Actions - Accidental actions
(45) Effets érosifs des jets d’hélice de bateaux sur les fonds et les talus des voies
navigables, notice Cetmef ER.VN n°85.1, novembre 1985
Choc frontal
Choc latéral
Petit gabarit
1,20 MN
0,24 MN
Grand gabarit
10 MN
2 MN
Partie 5 - Tableau 5
Classe de bateau (Cemt)
Force nominale normale
(kN)
I
2 000
1 000
II
3 000
1 500
III
4 000
2 000
IV
5 000
2 500
Va
8 000
3 500
Vb et Via
10 000
4 000
VIb
14 000
5 000
VIc
17 000
8 000
VII
20 000
10 000
Partie 5 - Tableau 6
94
Cours d’eau et ponts
Force nominale tangentielle Frottement associé à la force
(kN)
tangentielle
0,4 * Ft
les incidences
la hauteur d’eau considérée est celle des Phen, la
hauteur du point d’impact dépendant ensuite de
l’état chargé ou lège du bateau. L’Eurocode considère
qu’en l’absence de plus d’information, le choc a lieu
1,5 m au-dessus de la hauteur d’eau définie. Il définit
aussi l’aire du choc (largeur pile * 0,5m pour un
choc frontal, 1m*0,5m pour un choc latéral), et un
coefficient d’amplification dynamique en l’absence
d’analyse dynamique plus fine (1,3 pour un choc
frontal, 1,7 pour un choc latéral).
Pour des conditions non standard, l’Eurocode 1.1-7
donne dans ses annexes des méthodes de calcul des
forces statiques et dynamiques dues au choc dont
l’énergie est donnée.
Le lecteur pourra aussi se référer au cédérom Rosa
2000 édité par le Cetmef(47), pour l’application des
principes des Eurocodes aux ouvrages en site aquatique,
et plus spécifiquement sur les chocs de bateaux (à noter
que les forces à prendre en compte données dans Rosa
2000 diffèrent légèrement de celles données dans la
version provisoire de l’Eurocode 1.1-7, car fondées
sur des versions antérieures de celui-ci).
D’autre part, il peut être important de considérer le
choc sur le tablier du pont, en particulier lorsque le
trafic comprend des convois porte-conteneurs qui
peuvent être lourds (donc de grande énergie cinétique)
et hauts. L’Eurocode 1 partie 1-7 prescrit une force
minimale de 1 MN, Rosa 2000 recommande 10 à
20 % des efforts frontaux.
Les incidences sur la conception du pont, et en
particulier des exemples de justifications et de calcul,
sont fournies dans le bulletin technique n°10 du
Sétra « Choc de bateau sur une pile de pont »(48). Les
principales vérifications à entreprendre portent sur
les conditions de glissement et de renversement de la
pile, la tenue du béton dans la zone de choc, la tenue
dynamique des différentes parties du pont, et, pour le
choc contre le tablier, le glissement de l’ensemble et
la déformation d’éventuelles sous-poutres.
Dispositifs de guidage, protection des piles
Dans certains cas difficiles où le pont constitue un
obstacle à la navigation (probabilité élevée de choc),
par exemple parce qu’il est placé dans une forte
courbe ou à proximité immédiate d’une écluse, on
peut envisager d’adjoindre un dispositif de guidage.
Sa longueur devrait être d’environ deux tiers du plus
long bateau. Il est généralement constitué de ducs
d’Albe (pieux fichés en rivière) et d’une lisse. Ces pieux
et cette lisse devront alors aussi être dimensionnés
(47) Cédérom-Rom Rosa 2000 « Recommandations pour le calcul aux étatslimites des Ouvrages en Site Aquatique », Cetmef, 2001, renseignements sur le
site Internet du Cetmef
(48) Choc de bateau sur une pile de pont - Bulletin technique n°10, Sétra,
Novembre 1970
)
)
contre les chocs de bateaux, mais alors le concepteur
pourra choisir d’utiliser leur plasticité pour reprendre
les efforts du choc (« choc mou »). Les forces données
ci-dessus ne sont alors plus applicables (puisque dues
à un choc « dur », contre un obstacle rigide). L’énergie
du choc doit être déterminée. Là encore, les Eurocodes
et Rosa 2000 (partie consacrée aux ducs d’Albe)
donnent des clefs de dimensionnement.
Dans le même esprit, des dispositifs de protection
des piles sont possibles. Qu’il s’agisse d’une île
artificielle, de ducs d’Albe ou d’autres systèmes, le
dimensionnement devra prévoir la déformation de la
protection due au choc de bateau. Si la déformation
est telle que la protection vient frapper les piles ou
interagir avec leur fondation, ceci devra être pris en
compte dans leur dimensionnement.
Transitions longitudinales à la voie navigable
Comme indiqué dans la partie 5.2, si la présence du
pont modifie les caractéristiques géométriques de la
voie navigable (pente des berges, largeur au « miroir »),
des transitions douces (réductions de 1 m pour 10 m
en plan au minimum) devront être construites de
part et d’autre du pont. Elles devront être intégrées
au projet de pont.
De même, dans le cas d’une rivière, l’accélération
locale des courants due à la réduction de section
mouillée (en régime normal et en crue), nécessite
l’installation de protection des berges jouxtant le
pont. Ces protections protègent en fait les culées
des affouillements, et doivent être construites et
entretenues sur un linéaire à déterminer en fonction
des courants locaux. Des protections plus « légères »
que des palplanches ou enrochements, par génie
végétal, peuvent être envisagées pour ces transitions.
Bien que de plus en plus souvent utilisées, elles ne sont
pas encore suffisamment expérimentées et documentées
pour être dimensionnées par des méthodes éprouvées.
Cependant, Vnf a publié un catalogue (49), que le
projeteur peut consulter. Le retour d’expérience actuel
conclut à la difficulté, voire l’impossibilité, d’utiliser ce
type de protection pour les voies à grand gabarit.
Relèvement
Il est important de connaître les projets de modification
de la voie navigable. Par exemple, un passage à une
classe supérieure prévu peut amener à reconsidérer la
conception du pont :
• soit par une hauteur libre supérieure ;
• soit une ouverture libre supérieure ;
(49) Guide des techniques végétales, Vnf, 2003, Sur demande auprès
du département de l’eau et de l’environnement de Vnf, producteur du
guide (03.21.63.24.60).
Navigation fluviale et ponts
95
les incidences
• soit un positionnement différent ;
• soit une conception des piles, culées et tablier tel
qu’un relèvement ultérieur soit facilité et moins
coûteux (ponts sur la Moselle).
Pont-mobile
Dans certains cas, par exemple si la voie navigable a
un faible trafic demandant la hauteur libre maximale,
ou si la voie portée autorise l’interruption de son trafic
de manière ponctuelle, ou encore si la hauteur libre
demandée est impossible à atteindre, on peut envisager
de rendre mobile le tablier du pont. Il existe de
nombreux types de ponts mobiles, chacun ayant leurs
avantages et inconvénients. Dans les villes portuaires
par exemple, les ponts routiers enjambant les chenaux
d’accès au port sont ouverts uniquement lorsqu’un
navire veut y entrer ou en sortir. Les modalités précises
d’exploitation de ce pont-mobile doivent alors être
négociées avec le gestionnaire de la voie navigable.
5.3.4 - Dispositions de chantier
Le chantier étant une phase transitoire, des contraintes
plus importantes sur la navigation peuvent être
envisagées. On peut, outre choisir les largeurs minimales
présentées ci-dessus, prescrire des restrictions de
navigation (vitesse réduite, alternat) soit pendant toute
la durée du chantier, soit pendant les phases critiques.
Dans ce cas, il faut demander à Voies Navigables de
France d’émettre un avis à la batellerie particulier :
limitation de vitesse autorisée localement, alternat,
limitation de l’enfoncement ou du tirant d’air… Il faut
voir avec le Service Navigation dont dépend la voie
pour les délais et les modalités de mise en place de ces
avis. Si ces phases sont particulièrement restrictives et
de courte durée, il peut être envisageable d’arrêter la
navigation, ou de profiter des périodes de chômage de
la voie navigable (périodes déterminées annuellement,
consultables sur le site de Vnf ). Dans le cas de voies
gérées par d’autres organismes, il convient de se
renseigner auprès d’eux.
Certains procédés de construction permettent de
limiter la gêne à la navigation : lançage…
En outre, il peut être nécessaire de protéger des appuis
provisoires du pont en cours de construction (cas de
ripage par exemple). En effet, dans ce cas, calculer
les appuis provisoires au choc de bateau n’est pas
envisageable. Des ducs d’Albe supportant des lisses
de guidage peuvent être alors installés, reprenant
les mêmes dispositions que pour les protections
définitives. Cependant, compte-tenu de la durée
du chantier, l’impact de projet peut être diminué
en fonction de la probabilité de choc qui sera plus
faible.
5.3.5 - Dérogations
Dans de très rares cas où les prescriptions ci-dessus
ne sont pas réalisables (ouverture ou hauteur libre,
calcul au choc de bateau, protection), la demande
de dérogation doit être adressée à la direction des
��
��
��
��
Cours d’eau et ponts
��
��
��
��
��
Partie 5 - Figure 7 : principales signalisations des passes – Source : Cetmef
96
)
)
les incidences
transports terrestres du ministère des transports, en
concertation avec le gestionnaire de la voie d’eau
(Voies Navigables de France, Compagnie Nationale
du Rhône ou autre). Cette demande doit être justifiée
par une étude technico-économique, et expliciter les
gênes à la navigation et les restrictions entraînées, ainsi
éventuellement que les conditions dans lesquelles ces
gênes se produisent :
• vitesses réduites,
• alternat imposé,
• hauteur libre réduite…
Elle doit aussi présenter les mesures compensant ces
gênes : information aux bateaux, protection des piles,
mise en place de gabarits fixes…
Par exemple un pont ne présentant pas une ouverture
libre suffisante augmente les risques de choc. Si
l’augmentation du risque est faible en période normale,
elle est grande aux Phen et plus encore en cas de forts
vents. La justification pour obtenir la dérogation
doit donc comporter une étude du risque de choc
en fonction de la rose des vents et en particulier du
vent dominant, du courant, et bien-sûr du trafic
prévisible. Les mesures conservatoires peuvent inclure
l’installation d’une éolienne sur le pont détectant un
vent trop fort, ainsi que celle d’une information rapide
et sûre aux bateaux sur les conditions de navigation
(vent, courants).
Si la dérogation porte sur la hauteur libre (par exemple
parce que les autres ponts de la voie n’offrent pas
encore la hauteur libre réglementaire), la conception
Feu pour navigation
)
)
doit alors inclure des dispositions facilitant le
relèvement ultérieur.
5.4 - Signalisation
La circulaire ministérielle (équipement) n° 2001-2
précise le balisage des voies navigables (lacs, plans
d’eau, rivières et canaux)(50). Elle présente en particulier
les panneaux et les déflecteurs radars qui peuvent
être placés aux piles de ponts, ainsi que les bouées
délimitant le chenal de navigation.
D’autre part, le Code Européen des Voies de
Navigation Intérieure (Cevni)(51) présente les panneaux
susceptibles d’être placés sur les ponts, pour conseiller,
autoriser ou interdire le passage sous les passes du pont
(cf. Partie 5 - Figure 7).
Ces panneaux sont complétés par des feux et radars
pour la navigation de nuit ou de brouillard (Cevni)51
(cf. Partie 5 - Figure 8).
Cette signalisation s’applique également lors du
chantier de construction (ou de réhabilitation) du
pont.
(50) Circulaire 2001-2 relative au guide du balisage des voies de navigation
intérieure NOR : EQUT0110007C, Ministère de l’équipement, 17 janvier
2001, disponible sur www.equipement.gouv.fr
(51) Code européen des voies de navigation intérieure, révision 2, Nations Unies Commission économique pour l’Europe - Comité des transports intérieurs - Groupe
de travail des transports par voies navigables, 2002, disponible sur www.unece.
org/trans/doc/finaldocs/sc3/TRANS-SC3-115r2f.pdf
Feu pour navigation
Déflecteur radar sur bouée
Partie 5 - Figure 8 : pont Solférino à Compiègne (Oise) : deux passes navigables, déflecteur radar sur bouée – Source : Cetmef
Navigation fluviale et ponts
97
les incidences
5.5 - Exemples
Mulhouse
La ville de Mulhouse prolonge une voie routière à fort
trafic, sorte de périphérique. Le passage au-dessus du
canal du Rhône au Rhin nécessitait le dégagement
d’une hauteur libre de 3,7 m (voie de classe 1).
Cependant, les contraintes d’urbanisme rendaient très
difficile la construction des rampes d’accès à ce pont.
La ville a alors décidé de « déplacer » l’écluse n° 41
proche du futur pont (350 m), afin de franchir le canal
non plus au-dessus du bief amont de celle-ci, mais au
niveau du bief aval. Il s’agit en fait de la construction
d’une nouvelle écluse 400 m à l’amont de l’actuelle, et
du bief les reliant. Le pont enjambe alors le canal au
niveau de la partie aval de la nouvelle écluse (appelée
tête aval) et son tablier est au niveau du terrain naturel.
Ses culées se confondent avec la tête aval de l’écluse.
Des estacades de guidages permettent de réduire la
probabilité et les forces des chocs sur les culées.
)
)
Passerelle des Arts(52)
La passerelle des Arts à Paris fut victime en octobre
1979 d’un choc contre une pile, par un convoi d’une
barge lège (vide) avalant. La passerelle avait déjà subi
de nombreux chocs, et était fermée depuis 1977. Sous
ce nouveau choc, la partie supérieure de la pile en
maçonnerie s’est reculée de 30 cm environ, entraînant
l’effondrement des travées en treillis de tubes en fonte
adjacentes (cf. Partie 5 - Photo 2). Elle a été totalement
détruite puis reconstruite presque à l’identique (mise
en service en 1984) : elle a deux arches en moins, des
piles en béton armé recouvertes de pierres et alignées
sur les piles du pont neuf. Sa structure métallique est
en acier au lieu d’être en fonte.
Cet exemple montre l’imbrication des projets de ponts
et d’ouvrages de navigation. Le Service Navigation
a été associé très tôt pour définir les exigences
dimensionnelles et fonctionnelles du nouvel ouvrage.
Le pont étant situé sur la tête de l’écluse, sa portée
n’est que de 5,70 m, alors qu’elle aurait été de 18 m
environ en franchissant le canal.
Richemont
Partie 5 - Photo 2 : vue de l’aval de la pile de la passerelle des Arts
après le choc – Source : Ponts et Chaussées avec autorisation d’A. le marinier
L’exemple détaillé en annexe est celui du calcul au choc
de bateau d’une lisse de guidage faisant protection
d’appuis provisoires pour la rénovation du viaduc de
Richemont sur l’autoroute A31 enjambant la Moselle.
Ce viaduc est composé de deux dalles orthotropes sur
2 piles et 2 culées.
Le changement du tablier amont nécessitait le ripage
du nouveau tablier à partir d’appuis provisoires. Ce
pont se situe à l’aval immédiat d’une écluse terminant
un canal de dérivation de la Moselle, à grand gabarit.
Comme le calcul au choc de bateau des appuis
provisoires était rédhibitoire, la cellule Ouvrages d’art
du Cete de l’Est avait donc envisagé de protéger ces
appuis par des lisses de guidage sur des ducs d’Albe,
tout en imposant des restrictions de navigation
(modification du chenal, alternat facilement mis en
place grâce à la proximité de l’écluse). Leur note de
calcul est reprise en Annexe 5.2.
Finalement, compte-tenu du surcoût engendré par ces
protections, un autre mode opératoire a été choisi : le
tablier a été monté par barges sur ses appuis définitifs.
Des arrêts de navigation ont été nécessaires durant les
phases critiques (construction en 2005).
(52) Fluvial n°149, éditions de l’Écluse, février 2005
98
Cours d’eau et ponts
Partie 6
Prise en compte
du cours d’eau,
du projet
à l’exploitation
99
6.1 - Réglementation et
recommandations pour la prise
en compte du cours d’eau dans
l’étude d’un ouvrage d’art
6.1.1 - Rappel du cadre réglementaire et
législatif
Le domaine de l’eau est le point de rencontre de quatre
polices spéciales : eau, énergie, installations classées et
pêche, auxquelles s’ajoute la police générale exercée au
titre de la sécurité et de la salubrité publiques.
Les articles L. 214-1 à L. 214-6 du Code de
l’environnement (ancien article 10 de la loi n° 92-3
sur l’eau du 3 janvier 1992) ont réformé le droit de
l’eau.
Le Code de l’environnement établit ainsi une
procédure d’autorisation ou de déclaration pour
tous les Iota (Installations, Ouvrages, Travaux et
Aménagements), lorsqu’ils entraînent :
• des prélèvements restitués ou non dans les eaux
superficielles ou souterraines, des modifications de
niveau ou du mode d’écoulement des eaux, et des
déversements, écoulements, rejets ou dépôts directs
ou indirects, chroniques ou épisodiques, même non
polluant ;
• des travaux d’assèchement, des remblais, des
épandages, des stockages souterrains de produits
chimiques et d’hydrocarbures, des forages…
Cette police de l’eau s’applique à toutes les eaux
superficielles, souterraines, domaniales ou non
domaniales, aux eaux maritimes littorales ainsi qu’aux
milieux humides.
Nomenclature
La liste des Iota relevant de la déclaration ou de
l’autorisation est fixée par le décret n° 93-743 du
29 mars 1993 modifié. Un même projet peut relever
de plusieurs rubriques (cf. Partie 6 - Tableau 1).
Par exemple pour la rubrique 2.1.5.0 sur le rejet d’eaux
pluviales dans les eaux douces superficielles ou sur
le sol ou dans le sous-sol. Si la surface contribuant
aux rejets est supérieure à 1 ha, le projet passe en
déclaration. Si cette surface est supérieure à 20 ha, le
projet passe alors en autorisation.
100 Cours d’eau et ponts
Lorsque le projet est soumis à déclaration par une
rubrique, et au régime d’autorisation selon une autre
rubrique, on retient alors le régime de l’autorisation
pour la procédure.
Par ailleurs, les travaux soumis au régime de
déclaration au titre de la nomenclature relèvent du
régime d’autorisation dans les cas suivants :
• les travaux sont situés à l’intérieur d’un périmètre
de protection rapproché d’un captage d’eau potable
ou des sources d’eaux minérales déclarées d’utilité
publique ;
• les travaux situés dans les zones de croissance,
d’alimentation ou de réserve de nourriture de la faune
piscicole, prévus par l’article L. 432-3 du Code de
l’environnement (il faut alors contacter la police de
la pêche pour connaître l’emplacement précis de ces
zones).
Attention, les rubriques commençant par 5… sont
indiquées pour information, mais ne relèvent pas de
la procédure loi sur l’eau : elles sont régies par des
dispositions particulières.
Dans la pratique, la quasi-totalité des projets
routiers est ainsi soumise au régime d’autorisation
administrative et doit donc faire l’objet d’une enquête
publique de police de l’eau(53).
(53) Attention, même si les projets font le plus souvent l’objet d’une procédure de
déclaration d’utilité publique et d’une étude d’impact, l’obtention de la Dup ne
dispense pas d’obtenir les autres autorisations administratives notamment au
titre de la police de l’eau.
Rubrique
1.1.1.0
1.1.2.0
}
Objet
Iota (exemples)
Forage, sondage, prélèvement dans un système aquifère.
Prélèvement d’eau pour le chantier.
1.2.1.0
Prélèvement dans les eaux superficielles.
Prélèvement d’eau pour le chantier.
1.3.1.0
Prélèvement dans zone avec mesures de répartition
quantitative.
5.1.1.0
Ré-injection dans la même nappe.
Prélèvement d’eau pour chantier.
3.1.1.0
Installation, ouvrages, remblais et épis.
Busage, plateforme…
3.1.2.0
Modification du profil (en long ou en travers).
Idem.
3.1.3.0
Réduction de la luminosité.
Travaux au niveau des ouvrages d’art, buses…
3.2.2.0
Iota en lit majeur.
3.1.4.0
Consolidation ou protection des berges.
3.3.1.0
Travaux en zone humide ou marais.
2.2.1.0
Rejet dans les eaux superficielles (modification du régime
des eaux).
Rejet d’eaux pluviales, d’eaux usées
(lavages…).
2.2.3.0
Rejet dans les eaux superficielles (flux de pollution), hors
eaux pluviales.
Rejet d’eaux usées provenant des
installations de chantier.
2.2.4.0
Rejet de sels dissous.
Viabilité hivernale des chaussées.
2.1.5.0
Rejet d’eaux pluviales.
Interception de bassin versant naturel,
rétablissement des écoulements naturels,
drainage de plate forme,…
3.2.3.0
Création d’étangs ou de plan d’eau.
Bassin routier, ouvrage technique
d’assainissement : elle ne concerne l’ouvrage
d’art qu’indirectement si les eaux de
plateforme sont traitées par un bassin de
décantation.
3.2.4.0
Vidanges d’étangs ou de plan d’eau.
Partie 6 - Tableau 1 : Rubriques de la nomenclature susceptibles de concerner les ouvrages d’art
Prise en compte du cours d’eau, du projet à l’exploitation
101
Procédure
La procédure et le niveau d’exigence des études
préalables ne dépendent pas de l’importance financière
du chantier mais de ses effets prévisibles sur l’eau et le
milieu aquatique et de leur sensibilité.
Les ouvrages d’art sont traités dans le cadre du « dossier
police de l’eau » global du projet, sauf pour les
ouvrages provisoires (pistes par exemple) qui peuvent
faire l’objet d’un dossier temporaire d’autorisation
(6 mois, renouvelable une fois).
Étape amont
Information, sensibilisation pour
l’élaboration d’un dossier
Étape non réglementaire
ﬁ
Étape 1
Réception du dossier
Complétude du dossier
…
Étape 3
Enquête publique
ﬁ
Étape 4
CoDERST
ﬁ
Étape 5
Signature de l’arrêté préfectoral
- publication
ﬁ
Étape 6
Fin d’instruction
Archivage du dossier
ﬁ
Mise en œuvre des contrôles
Partie 6 - Figure 2 : logigramme autorisation
102 Cours d’eau et ponts
ﬁ
Rappel
À c o m p t e r d e l a ré c e p t i o n
du rapport du commissaire
enquêteur, le préfet dispose de
3 mois pour faire connaître
sa décision au pétitionnaire.
Ce délai peut être prorogé de
2 mois.
ﬁ
ﬁ
Rappel
S’il n’y a pas d’avis d’ouverture
d’enquête publique durant
plus de six mois à compter
de la complétude du dossier,
ceci vaut rejet de la demande
d’autorisation
Étape 2
Instruction du dossier
=
régularité et recevabilité
ﬁ
ﬁ
Étape 2 bis
Enquête administrative
Différents avis peuvent être
utiles avant l’enquête publique.
Retour des avis au plus tard pour
établir le rapport au CoDERST.
À défaut ils sont considérés comme
favorables.
Étape amont
Information, sensibilisation pour
l’élaboration d’un dossier
Étape non réglementaire
ﬁ
Étape 1
Réception du dossier
Complétude du dossier
Délai de 2 mois maximum si
dossier complet et régulier
Instruction du dossier
=
régularité et acceptabilité
ﬁ
Étape 2
Décision du préfet
ﬁ
ﬁ
ﬁ
ﬁ
Accord sur la déclaration et
sur le commencement de
l’opération avant l’échéance du
délai de 2 mois
Accord tacite sur la déclaration
à l’échéance du délai de 2 mois
Avis de prescriptions
spécifiques
Arrêté d’opposition à
déclaration
ﬁ
ﬁ
Élaboration de l’arrêté
de prescriptions
spécifiques
ﬁ
ﬁ
ﬁ
Étape 3
Information et publicité de la décision préfectorale
ﬁ
Étape 4
Archivage du dossier
ﬁ
Voir procédure recours gracieux à Déclaration
notamment en cas d’opposition à déclaration ou de modification des prescriptions spécifiques
Partie 6 - Figure 3 : logigramme déclaration
Prise en compte du cours d’eau, du projet à l’exploitation
103
Présentation formelle :
Les dossiers de demande sont à adresser au préfet du
département concerné (en trois exemplaires pour une
demande de déclaration, et en 7 exemplaires pour une
demande d’autorisation).
Les dossiers de police de l’eau sont destinés :
• essentiellement aux services instructeurs de l’État
s’il s’agit d’une déclaration ; toutefois, les dossiers de
déclaration constituent des documents communicables
à toute personne qui en fait la demande ;
• aux services instructeurs de l’État et au public pour
les opérations soumises à autorisation.
Ils intègrent autant que possible une synthèse ou
résumé non technique et accessible à tout public.
Les dossiers doivent répondre aux exigences des
articles 2 (autorisation) et 29 (déclaration) du
décret 93.742 dont les différents points doivent être
identifiables. Leur contenu pour les déclarations
doit être quasiment aussi complet que pour les
autorisations.
Ils doivent s’attacher à définir :
• l’origine des incidences chroniques, épisodiques,
accidentelles et liées à la phase travaux ;
• les effets directs, indirects, en terme de quantité de
la ressource en eau, qualité des eaux superficielles,
souterraines et de ruissellement ainsi que du milieu
aquatique ;
• l’impact sur les autres activités concernées (usages
de l’eau) ;
• les mesures compensatoires ou correctives concernant
la conception, l’usage, l’entretien ou le milieu ;
• la compatibilité avec les Sage, Sdage, objectifs
de qualité, l’objectif de bon état écologique des
rivières en 2015 défini par la directive cadre eau
du 23 octobre 2000 ;
• l’exploitation et le suivi, lorsque le projet est de
nature à affecter de façon notable un site Natura 2000,
l’évaluation de ses incidences au regard des objectifs
de conservation du site.
Le dossier doit expliciter les moyens de surveillance
et d’intervention ainsi que d’entretien. Un dossier qui
n’aborderait pas l’entretien serait considéré comme
incomplet.
Une fois la procédure d’autorisation terminée, on
dispose d’un arrêté préfectoral autorisant les ouvrages
redevables de la loi sur l’eau : celui-ci précise les
prescriptions techniques (éloignement de l’ouvrage,
valeurs limites de rejet, période de réalisation, débit
réservé en aval) et les moyens prévus d’analyse,
d’auto-surveillance et de suivi des opérations.
Pour le régime de déclaration, la fin de la procédure
est sanctionnée par un récépissé de déclaration et
104 Cours d’eau et ponts
éventuellement un arrêté fixant des prescriptions
générales et/ou particulières, fixées par le Comité
départemental d’hygiène.
En cas de modification substantielle par rapport à
celles-ci, une nouvelle demande devra être déposée,
ce qui impose à l’amont des études suffisamment
discriminantes pour ne pas y revenir.
6.1.2 - Autres réglementations et
documents à prendre en compte
Directive cadre eau(54)
Les objectifs environnementaux de la directive cadre
eau sont :
• assurer la continuité écologique sur les cours d’eau
(annexe V) qui est en lien direct avec le bon état
écologique et le bon potentiel écologique ;
• ne pas détériorer l’existant (qui s’entend comme le
non-changement de classe d’état) ;
• atteindre toutes les normes et objectifs en zones
protégées(55) au plus tard en 2015 (sauf disposition
contraire) ;
• supprimer les rejets de substances dangereuses
p r i o r i t a i re s e t ré d u i re c e u x d e s s u b s t a n c e s
prioritaires.
Ces objectifs seront transcrits dans les Sdage d’ici
à 2008. De 2005 à 2007, les services instructeurs
devront cependant tenir compte des objectifs de la
directive cadre eau(56).
Outils de planification
Les Sdage et Sage, lorsqu’ils existent, sont des
documents opposables aux tiers. Le dossier loi sur
l’eau doit être compatible avec le Sdage et le ou les
Sage s’appliquant dans le ou les bassins versants que
le projet traverse. Les Sdage sont disponibles auprès
des différentes agences de l’eau.
Les plans de prévention des risques inondation : le
Ppri (Plan de Prévention des Risques inondation)
effectue un zonage (zone rouge et zone bleue), où les
projets qui augmentent d’une manière ou d’une autre
le risque d’inondation (augmentation des surfaces
(54) Directive européenne 2000/60/DCE du 23 octobre 2000
(55) Les zones protégées sont : les zones de captage d’eau potable, les zones
désignées pour la protection des espèces aquatiques importantes du point de vue
économique, les masses d’eau désignées en tant qu’eaux de plaisance, y compris les
eaux de baignade, les zones sensibles aux nutriments, les zones de sensibilité aux
nitrates, …les zones désignées comme zone de protection des habitats et espèces, et
où le maintien ou l’amélioration de l’état des eaux constitue un facteur important
de cette protection.
(56) Circulaire DCE 2005/12 relative à la définition du « bon état » et à la
constitution des référentiels pour les eaux douces de surface (cours d’eau, plans
d’eau), en application de la directive européenne 2000/60/DCE du 23 octobre
2000, ainsi qu’à la démarche à adopter pendant la phase transitoire (2005-2007)
imperméabilisées, création de nouveaux remblais)
sont, soit proscrits, soit soumis à des prescriptions
techniques. Dans tous les cas, il faudra vérifier que la
zone traversée par le projet n’est pas concernée par un
PPRi, et lorsque c’est le cas, veiller à ce que la création
de l’infrastructure n’est pas interdite par celui-ci. Dans
tous les cas, le dossier loi sur l’eau doit respecter le
Plan de Prévention des Risques inondation. La liste
des Plans de Prévention des Risques inondation est
disponible en Diren.
les propriétaires des ouvrages existants ont un délai
de 5 années pour mettre en place un tel dispositif de
franchissement.
En tout état de cause, et pour les cours d’eau non
domaniaux, les Iota non couverts par la nomenclature,
peuvent être concernés par les articles L. 215-7 et
L. 215-9 du Code de l’environnement, de portée
très générale. Ils offrent à l’autorité administrative la
possibilité d’intervenir pour réglementer ou prescrire,
dès lors que le libre cours des eaux n’est plus assuré ou
que les droits des tiers sont menacés
Prise en compte des milieux naturels
Il faudra également veiller à ce que les modifications
apportées aux masses d’eau par le projet (rejets,
modifications de l’hydromorphologie des cours
d’eau, …) soient compatibles avec la sensibilité du
milieu récepteur. Il sera donc apporté une attention
particulière lorsqu’un milieu à haute qualité biologique
sera identifié dans l’étude d’impact :
• un parc naturel régional ou national, une réserve
naturelle, une zone de conservation de biotopes
aquatiques, une Znieff concernant les milieux
aquatiques, un site remarquable au titre de
l’article L. 146-6 du Code de l’urbanisme issu de la
loi littoral du 3 janvier 1986 ;
• une zone désignée comme étant à vocation piscicole
au sens de la directive CeeE n° 78/659 du 18 juillet
1978 ;
• une Zone d’Importance pour la Conservation des
Oiseaux (Zico) concernant des espèces utilisant les
milieux aquatiques, proposition de sites d’intérêt
communautaire, une zone de protection spéciale au
sens de la directive Cee n° 92/43 du 21 mai 1992
(zone dite Natura 2000) ;
• la présence d’une zone soumise à un arrêté préfectoral
de protection du biotope ;
• la présence d’une espèce concernée par une directive
européenne (habitat, oiseau).
Une carte de ces enjeux environnementaux est
disponible en Diren.
Application de la police de la pêche
Depuis la fusion de la police de la pêche et de la police
de l’eau, la procédure de police de pêche est comprise
dans les dossiers polices de l’eau (rubrique 3.1.5.0 de
la nomenclature).
De plus, des dispositifs de franchissement pour
les poissons seront à prévoir systématiquement
lorsqu’un ouvrage occasionnera un obstacle à la
montaison ou dévalaison de la faune piscicole,
particulièrement sur les cours d’eau classés au titre de
l’article L. 432-6 du Code de l’environnement. Son
exploitant est tenu d’assurer le fonctionnement et
l’entretien de ce dispositif. Si le classement est suivi
d’un arrêté ministériel fixant les espèces concernées,
Autres réglementations
La loi 76-629 qui impose une évaluation de l’impact
sur l’environnement de différents projets, notamment
les projets d’infrastructures.
La directive « plans et programmes » 2001-42 du 27
juin 2001, transposée en droit français par l’ordonnance
2004-489 du 3 juin 2004, et les décrets du 27 mai
2005. Tous les plans et programmes susceptibles
d’avoir une incidence sur l’environnement doivent
faire l’objet d’une évaluation environnementale.
L’article L. 432-5 du Code de l’environnement fixant
un débit minimal en aval des ouvrages construits dans
le lit d’un cours d’eau.
Les articles L. 215-7 et L. 215-9 du Code de
l’environnement assurant le libre cours des eaux.
La réglementation des Installations Classées : elle
peut concerner l’ouvrage d’art dans la mesure où
certaines des installations nécessaires à sa réalisation
peuvent être soumises à la réglementation concernant
les Icpe (Installations Classées pour la Protection de
l’Environnement) (art L. 511-1 et L. 511-2 du Code
de l’environnement), par exemple : centrales à bétons,
d’enrobées, installations de concassage.
La réglementation des Installations Classées : elle peut
concerner l’ouvrage d’art dans la mesure où certaines
des installations nécessaires à sa réalisation peuvent être
soumises à la réglementation concernant les Icpe (art
L. 511-1 et L. 511-2 du Code de l’environnement) par
exemple: centrales à bétons, d’enrobées, installations
de concassage.
La réglementation relative :
• aux sites classés : loi du 2 mai 1930 ;
• au patrimoine architectural: lois du 31 décembre
1913 et du 7 janvier 1983 ;
• au patrimoine archéologique: lois du 31 décembre
1913 du 27 septembre 1941, circulaire du 7 novembre
1995.
• au paysage :
- lois 85-30 du 9 janvier 1985, du 3 janvier 1986,
93-24 du janvier 1993, dite « loi paysage ».
Plans municipaux départementaux d’environnement
Prise en compte du cours d’eau, du projet à l’exploitation
105
(Pme et Pde) (Comité interministériel à la qualité
de vie, 18 avril 1989, 29 mars 1990, 14 mai 1991 ;
circulaire 91-67 du 24 juin 1991 du ministère de
l’environnement).
Les articles 640 et 641 du Code civil sur la régulation
des débits.
6.1.3 - Prise en compte de la loi sur l’eau
et des milieux aquatiques, des études Apoa
(Avant Projet d’Ouvrage d’Art) au projet
Les circulaires Équipement 76-38 (modifiée 95-86)
et 2001-2 relatives aux voies navigables et à leur
balisage.
Il est fortement conseillé aux maîtres d’ouvrage de
consulter la Mise (Mission Inter Services de l’Eau) le
plus en amont possible (au moins dès le niveau Aps Avant Projet Sommaire) afin d’identifier complètement
tous les enjeux du milieu et les risques d’inondation
(rappel de « prise en compte de la loi sur l’eau lors de
la réalisation de chantiers », octobre 2004, Sétra).
Autorisations annexes
Phasage du projet avec le dossier loi sur l'eau
Autorisation de défrichement : Ddaf, Onf (Office
National des Forêts) et Crpf (Centre Régional de la
Propriété Forestière) (Code forestier).
Généralement, pour un ouvrage d’art courant, le
dossier police de l’eau est réalisé à l’étape Projet.
(toutes les options d’assainissement/rejets sont prises).
Pour un ouvrage d’art non-courant, le dossier police
de l’eau est réalisé au niveau du projet d’ouvrage
d’art. Dans les cas où l’ouvrage est figé dès le début
des études (ce qui arrive lorsque le projet concerne
l’aménagement d’un ouvrage existant, comme par
exemple la rectification d’un virage), le maître
d’ouvrage dispose alors d’une connaissance suffisante
du terrain pour réaliser le dossier police de l’eau dès
le niveau de l’Aps : on effectue alors la procédure de
Dup (déclaration d’Utilité Publique) et la procédure
loi sur l’eau au même moment. Attention, même
si la présentation officielle du dossier ne se fait que
lors de la phase projet, il convient de contacter la
Mise le plus tôt possible (Aps) afin de valider les
options choisies (période de retour des pluies, enjeux
environnementaux, etc.).
Les périmètres rapprochés des captages (article
L 1321-2 du Code de la santé publique).
Affouillements ou exhaussements du sol : si la
surface est supérieure à 100 m2 et que la hauteur ou
la profondeur est supérieure à 2 m, il faut demander
une autorisation au maire : Plans locaux d’urbanisme
et Code de l’urbanisme.
Risques juridiques
La réalisation d’un Iota sans autorisation, est punie de
2 ans d’emprisonnement et de 18 000 euros d’amende
et de 150 000 euros en cas de récidive (article L. 216-8
du Code de l’environnement).
« Le fait de jeter, déverser ou laisser s’écouler dans les
eaux superficielles, souterraines ou les eaux de la mer
dans la limite des eaux territoriales, directement ou
indirectement, une ou des substances quelconques
dont l’action ou les réactions entraînent, même
provisoirement, des effets nuisibles sur la santé
ou des dommages à la flore ou à la faune, […] ou
des modifications significatives du régime normal
d’alimentation en eau ou des limitations d’usage
des zones de baignade, est puni de deux ans
d’emprisonnement et de 75 000 euros d’amende.
Lorsque l’opération de rejet est autorisée par arrêté,
les dispositions de cet alinéa ne s’appliquent que si
les prescriptions de cet arrêté ne sont pas respectées. »
(Article L. 216-6 du Code de l’environnement).
« Le fait de jeter, déverser ou laisser s’écouler dans les
eaux mentionnées à l’article L. 431-3, directement
ou indirectement, une ou des substances quelconques
dont l’action ou les réactions ont détruit le poisson
ou nui à sa nutrition, sa reproduction ou sa valeur
alimentaire, est puni de 2 ans d’emprisonnement et de
18 000 euros d’amende » (article L. 432-2 du Code
de l’environnement).
En cas de défaut d’autorisation pour travaux en rivière, la
responsabilité pénale de l’entreprise qui a réalisé les travaux pourra
être recherchée au même titre que celle du maître d’ouvrage.
106 Cours d’eau et ponts
Niveau Études préliminaires d'ouvrage d'art non courant
(EPOA)
Les études identifient les cours d’eau concernés et
les enjeux hydroécologiques. Ceci permet d’établir
les principales contraintes de calage du projet et des
installations ainsi que les obligations de débit minimal
à maintenir et de dimensionnement des ouvrages en
fonction de la période de retour retenue du débit du
cours d’eau.
Les études doivent préciser la nature des enjeux des
formations naturelles ainsi que leurs sensibilités /
vulnérabilités, tant pour la vallée franchie que
pour les formations avoisinantes. Si des habitats
remarquables sont présents, ils font l’objet d’un
report cartographique précis, de façon à pouvoir
être confrontés à la stratégie d’implantation : piles
d’ouvrages, plate-forme de préfabrication ou bassins
d’assainissement.
Ces éléments conditionnent les règles du concours
de l’ouvrage d’art, ou du cahier des charges de sa
conception / construction. Ils peuvent influencer les
choix techniques ultérieurs, notamment de portée
et de matériaux. Les emplacements des appuis sont
pré-positionnés.
Les études, qui conduiront à la rédaction de
l’étude d’impact, doivent d’ores et déjà s’intéresser
à la fonctionnalité des formations naturelles et en
particulier leur sensibilité au gradient d’hygrométrie
des sols et de rabattement de nappe généré par les
travaux de fondation.
Le principe de base lors de l’étude des solutions et
du choix de la (des) solution(s) retenue(s) à l’issue
de l’étude préliminaire est de réaliser l’infrastructure
nouvelle (pont et remblais d’accès) en dehors des zones
inondables. Ces zones sont définies dans les Plans de
Préventions contre les Risques d’Inondations (Ppri),
la crue de référence étant la plus forte connue, prise
au moins égale à la crue centennale et également,
lorsque les plans de prévention des risques n’existent
pas, dans les Azi (Atlas des Zones Inondables),
disponibles en Diren. La crue de référence est égale
à la plus forte crue connue, la période de celle-ci
devant être au minimum de 100 ans. En l’absence de
données sur une crue centennale, la cartographie de
la zone inondable pourra être établie à partir d’une
modélisation hydraulique sur la base d’une crue
centennale calculée.
Il n’est toutefois pas toujours possible de respecter
ce principe de base pour diverses raisons d’ordre
technique, financier, environnemental, …, ou lorsqu’il
s’agit d’aménager une infrastructure existante située
en zone inondable.
Dans ce cas, les principes suivants devront être
respectés :
• maintien du niveau de service en périodes de crues :
assurer la continuité du trafic en toute sécurité et
notamment le passage des moyens de secours et
d’intervention ;
• non-dégradation, voire amélioration si possible, de la
situation existante vis-à-vis des risques d’inondations :
l’aménagement ne doit en aucun cas provoquer
la submersion d’un niveau plancher non inondé
initialement par une crue de référence. L’exhaussement
de la ligne d’eau, en considérant la crue de référence,
doit être limité au maximum. « A la suite d’un
aménagement, il ne pourra pas y avoir en zone à forts
enjeux d’exhaussement de la ligne d’eau supérieur à
la précision du modèle » (cf. circulaire du 24 juillet
2002 « . (Mise en œuvre du décret n°2002-202 du 13
février 2002 modifiant ou créant les rubriques 2.5.0,
2.5.2, 2.5.4 et 2.5.5 de la nomenclature « loi sur
l’eau » et des trois arrêtés de prescriptions générales
pour les opérations soumises à déclaration au titre de
ces rubriques. »), dans les zones à enjeu moindre. »
Une tolérance un peu plus large que la précision du
modèle, à apprécier en fonction de chaque situation
particulière, peut-être acceptée :
- lorsque l’impact sur les hauteurs d’eau intervient
hors de ces zones à forts enjeux ;
- lorsque, dans les zones à forts enjeux le seuil de
précision du modèle ne peut pas être atteint par
des mesures correctrices sans porter gravement
préjudice à d’autres intérêts environnementaux, ou
du fait du niveau d’extrême contrainte du secteur,
à condition que tous les tracés alternatifs aient été
étudiés et que tout soit entrepris pour minimiser
le dépassement du seuil. » A titre indicatif, les
habitations ou installations isolées susceptibles
de subir des exhaussements supérieurs à 20 cm
doivent être protégées localement, voire rachetées
ou dédommagées.
• maintien des conditions d’écoulement : si
l’aménagement intercepte longitudinalement les axes
d’écoulement du cours d’eau, ce qui est souvent le
cas lorsqu’il s’agit d’un pont franchissant un cours
d’eau, il ne devra en aucun cas empiéter sur la zone
inondable définie par la crue décennale (respect du
libre écoulement de la crue, respect de l’espace de
divagation du cours d’eau) ou sur toute zone couverte
par plus de deux mètres d’eau par la crue de référence
(respect de la capacité d’expansion de la crue) ;
• préservation de la morphologie du lit du cours
d’eau ;
• respect du milieu aquatique : hydrobiologie, faune,
flore, écosystèmes et zones humides, ressource en
eau ;
• qualité des eaux : superficielles, souterraines,
ruissellement.
Niveau Avant-Projet d’Ouvrage d’art (Epoa)
Les études intègrent les conclusions de la commission
d’enquête, les engagements divers (de l’Etat par
exemple), et les résultats des études environnementales
réalisées à ce stade du projet. Sur cette base, le choix
d’implantation des points d’appui de l’ouvrage est
réalisé, en adaptant l’inter-distance entre les piles.
La conception de l’ouvrage et la stratégie de chantier
tiennent compte :
• de l’assainissement du projet et du chantier,
• des modalités de mise en œuvre,
• des épisodes de référence à prendre en compte,
• de ses impacts sur les lignes d’eau et les formations
naturelles.
Niveau projet (Poa)
Le projet reprend et détaille les zones où des
prescriptions sont imposées ; il fournit également les
éléments nécessaires pour la constitution du dossier
police de l’eau.
Ce dossier fige les options d’aménagement prises.
L’assainissement provisoire durant le chantier est
étudié.
Prise en compte du cours d’eau, du projet à l’exploitation
107
Quand doit-on réaliser le dossier police de l'eau ?
Le dossier police de l’eau (et donc le dossier d’incidence)
est généralement réalisé au stade du projet d’ouvrage
d’art ; en effet, c’est à cette étape que l’on aura le
niveau de précision nécessaire à à son élaboration :
emplacement précis des rejets, prises d’eau, description
des ouvrages, ouvrages provisoires.
Le Dce ou comment faire respecter les enjeux
environnementaux par les entreprises ?
Par des dispositions précises, prévues et intégrées
dans les documents contractuels signés par le
maître d’ouvrage et les entreprises, en respectant
les dispositions réglementaires, notamment celles
du dossier Loi sur l’eau. Le choix de la période de
réalisation des travaux peut être imposé ; l’entreprise
doit alors en tenir compte dans son programme de
réalisation.
Selon le niveau de précision des études lors de l’enquête
Loi sur l’eau, il peut y avoir une phase détaillée :
projet d’exécution et Dce. Il faut alors y appliquer les
prescriptions de l’autorisation. Pour les consultations,
les précautions imposées ou préconisées pour la phase
chantier doivent être intégrées dans le Ccap (Cahiers
des Clauses Administratives Particulières) et le Cctp
(Cahier des Clauses Techniques Particulières) du ou
des lots concernés. Qui plus est, il est possible de
joindre au Dce une notice environnement, pièce
contractuelle qui permet à l’entreprise de connaître
les enjeux environnementaux identifiés lors des études
préalables. L’entreprise sera alors jugée, lors de la
remise des offres, par son aptitude à intégrer les enjeux
environnementaux, traduite dans un Sopae (Schéma
d’organisation du plan assurance environnement).
Le Sopae fait alors partie des pièces de jugement
des offres. Il permet au maître d’œuvre d’évaluer la
politique de l’entreprise en matière d’environnement
et sa détermination à l’appliquer sur le chantier.
6.2 - Méthodologie de l’étude
hydrologique
hydrauliques pouvant générer une modification
du tracé du cours d’eau, voire remettre en cause la
pérennité de l’ouvrage.
Le système « pont-rivière » forme un tout indissociable.
L’examen préalable du milieu naturel, et l’analyse de
la situation (interactions entre l’ouvrage et le milieu
naturel) doivent permettre de définir au mieux les
données et contraintes sur le projet.
Dès les études préliminaires, chaque intervenant
impliqué dans le projet routier dans sa globalité devra
prendre en compte les contraintes engendrées par les
milieux aquatiques et par les techniques habituelles.
L’obligation de justification du parti retenu incombe,
dès le début des études, au maître d’œuvre associé à
une équipe pluridisciplinaire comprenant notamment
des spécialistes en matière de tracé routier et
d’ouvrages d’art (y compris paysagistes et architectes)
pour la partie infrastructures routières, et d’hydrologie
(hydraulique et hydroécologie) pour la partie cours
d’eau, voire de navigation lorsque le cours d’eau est
navigable (cf. liste en 6.9 ci-après).
Ouvrages non courants (cas des fleuves en particulier)
Les recommandations qui suivent peuvent s’appliquer
également à des ouvrages courants concernés par
de grands bassins versants ou par des phénomènes
torrentiels, même peu fréquents.
Notons que de façon générale, les études Loi sur
l’eau (hydrauliques et hydroécologiques), pour les
ouvrages non courants, sont confiées à des organismes
spécialisés.
La prise en compte des données existantes mérite, du
point de vue statistique, de faire appel aux notions
d’intervalles de confiance (57) associées à celles de
période de retour.
En effet, la fiabilité des données dont on dispose n’est
pas certaine et, de plus, les chroniques existantes ne
s’étalent pas souvent sur des périodes suffisamment
significatives. Ainsi, l’extrapolation des données pour
une période de « n » années à une période de « 3n »
années pose un réel problème métaphysique.
6.2.1 - Objet de l’étude
La connaissance seule de l’événement de référence ne
permet pas en général de caractériser les dommages
provoqués par cet événement et de définir les moyens
à mettre en œuvre pour lutter contre les flots.
L’aménagement d’un axe routier à proximité d’un
cours d’eau, sur son franchissement, impose souvent
la réalisation de travaux dans son lit actif (lit mineur
+ lit majeur hors zone de stockage) où peuvent se
développer des crues. Ces travaux d’aménagement
provoquent fréquemment des bouleversements
des écosystèmes aquatiques et des perturbations
(57) Pour rappel, L’intervalle de confiance (IC) à 95% est un intervalle de valeurs
qui a 95% de chance de contenir la véritable valeur du paramètre estimé. Avec
un peu moins de rigueur, il est possible d’admettre que l’IC représente la fourchette
de valeurs à l’intérieur de laquelle nous sommes certains à 95% de trouver la
vraie valeur recherchée. L’intervalle de confiance est donc l’ensemble des valeurs
raisonnablement compatibles avec le résultat observé (estimation ponctuelle).
Il donne une expression formelle de l’incertitude rattachée à une estimation
ponctuelle du fait des fluctuations d’échantillonnages.
108 Cours d’eau et ponts
L’aménageur a le choix de privilégier l’un des trois
paramètres fondamentaux suivants en fonction du
problème qu’il a à résoudre :
• hauteur ou débit maximum (paramètres le plus
souvent retenus) : la hauteur d’eau maximale est le
plus haut niveau atteint par les eaux. C’est donc elle
qui fixe le niveau des zones mises « hors d’eau », ainsi
que la cote de la crête des digues de protection ;
• en fonction de l’événement de référence (débit
maximum), on fixera le débouché des ouvrages de
franchissement du cours d’eau (débouché d’un pont,
d’un ouvrage de décharge, etc.) ;
• volume écoulé au-dessus d’un niveau donné : c’est
le volume à retenir dans un barrage réservoir si l’on
veut enlever lors de la montée d’une crue, le volume
qui s’écoule au-dessus du niveau choisi (création d’un
ouvrage tampon) ;
• durée de dépassement d’une cote « h » : elle caractérise
la durée de la gêne causée à l’activité économique à ce
niveau et au-dessus.
C’est un paramètre important pour l’estimation
des dégâts agricoles ou autres, et la définition de la
protection à mettre en place en fonction du temps
de submersion admissible. Il peut être très sévère de
n’imputer cette gêne qu’à l’ouvrage projeté. En effet
celui-ci ne fait en général qu’accentuer un phénomène
préexistant.
En outre, seront réclamées durant les diverses phases
de l’étude hydraulique les évaluations :
• des exhaussements et des remous associés,
• des affouillements généraux et locaux et des mises
en vitesse locales,
• du transport solide (érosion, dépôt),
• des impacts environnementaux sur la faune et la
flore.
Partie 6 - Photo 1 – Source : Cete du Sud-Ouest - Dde de Dordogne
Cas des ouvrages courants (petits bassins versants en
général)
Par contre, pour les ouvrages plus modestes concernant
souvent des petits bassins versants, il est fait appel
pour la détermination des débouchés aux méthodes
figurant dans le guide technique de l’assainissement
routier (2006).
Pour les petits cours d’eau, il est très difficile d’apprécier
correctement les débits suite aux fortes incertitudes
pesant sur les données de base : pluviométrie,
coefficient d’imperméabilisation, couverture végétale,
pente, évolution du lit dans le temps...
Pour ce type d’aménagement, prendre un « débit »
d’équipement supérieur au « débit de projet » n’est
pas nécessairement très onéreux et peut présenter un
enjeu certain en terme d’entretien et de conservation
du patrimoine.
Par contre, pour les sites sensibles, les problèmes
d’écosystèmes seront peu différents selon qu’il s’agisse
de petits ou de grands cours d’eau.
6.2.2 - Étude de l’état initial
Le but de l’étude hydraulique au sens large du terme
est d’établir, dans un premier temps, l’état de l’existant,
sans le nouvel aménagement projeté. Cet état doit
intégrer les effets des autres aménagements du cours
d’eau, prévus mais non encore réalisés.
• Le bureau d’études hydrauliques vérifie tout d’abord
les différents niveaux d’eau (cote d’étiage, cote de
retenue normale, cote des plus hautes eaux connues,
cote des crues normales - 5 ans, 10 ans, 20 ans...) ;
ces niveaux, reportés sur le profil en long de l’ouvrage,
sont des paramètres très importants pour l’étude,
la construction et la vie de l’ouvrage. Il détermine
ensuite les emprises concernées et l’impact induit par
le remblai routier (s’il y a lieu).
• Description du site, données topographiques,
hydrologiques ... :
- description du bassin versant (limites, surfaces,
pentes, nature des sols, végétation, agressivité
éventuelle des eaux...) ;
- implantation des ouvrages hydrauliques existants et
conditions de fonctionnement de ceux-ci ;
- localisation des stations de mesure éventuelles et
exploitation des données enregistrées (niveaux de
crue, débits, hauteurs de pluie...) ;
- description des zones inondables (limites, nature
des terrains et des zones submergées, estimation
des risques...) ;
- plan d’implantation des ouvrages concernés ;
- plans des ouvrages projetés (plans généraux et
tableaux de caractéristiques pour les ouvrages
courants ; plans généraux et de détail, dispositions
Prise en compte du cours d’eau, du projet à l’exploitation
109
constructives touchant l’hydraulique pour les
ouvrages importants).
• Définition du modèle mathématique (voire
physique).
• Calage du modèle.
• Établissement des lignes d’eau de référence.
• Études morphologiques du cours d’eau (stabilité en
plan, évolution du profil en long, débits solides).
• Établissement de l’état initial du biotope et de la
biocénose (cf. les données générales présentées dans
la partie 4).
Cette étude doit être disponible au stade de la Dup,
elle doit donc être terminée avant l’établissement des
études préliminaires d’ouvrage d’art qui doivent déjà
prendre en compte ses conclusions.
6.2.3 - Étude de l’état aménagé
Par rapport à cet état de référence, cette étude doit
mettre en évidence les modifications qu’engendreraient
la construction du nouvel ouvrage :
• définition de l’aménagement,
• c a l c u l d u re m o u s i n d u i t p a r l’ o u v r a g e d e
franchissement,
• impact de l’aménagement sur les crues du cours
d’eau.
Au titre de la loi sur l’eau et de ses décrets d’application,
le document d’incidence, qui peut être assimilé à
une étude d’impacts, indiquera les conséquences de
l’aménagement sur :
• les ressources en eau,
• le milieu aquatique,
• l’écoulement,
• le niveau et la qualité des eaux (y compris celles de
ruissellement),
• etc.
De plus, il présentera les dispositifs envisagés,
notamment leurs caractéristiques techniques et leur
capacité, et la compatibilité du projet avec le schéma
d’aménagement et de gestion des eaux (Sage) ou le
schéma directeur d’aménagement et de gestion des
eaux (Sdage).
Parmi les objectifs définis précédemment, certains
peuvent être contradictoires voire irréalistes dans
certains cas. Il faut donc confronter les besoins locaux
aux contraintes techniques pour fixer les objectifs de
l’aménagement.
C’est à la fin des études d’avant-projet, lorsque la
solution retenue est suffisamment précise, que peut
et doit être engagée l’étude de l’état aménagé, avant
de passer au projet définitif.
110
Cours d’eau et ponts
Impact et mesures réductrices et compensatoires
Des mesures compensatoires ne sont à envisager que
dans le cas où les impacts prévisibles ne sont pas ou
peu réductibles, en concertation avec les auteurs de
l’étude d’environnement et les acteurs concernés par
l’altération des conditions existantes. Ces mesures
devront, autant que possible, viser les mêmes milieux
que ceux affectés par l’ouvrage.
Le chapitre 2 de la partie 4 du présent guide donne des
pistes relatives aux mesures à prévoir. Le spécialiste du
domaine, associé à l’étude du dossier police de l’eau,
devra proposer et expliciter les mesures les mieux
adaptées au contexte.
Ces mesures devront faire l’objet d’un montage
juridique soigné et s’appuyer sur la collaboration avec
les différents partenaires et gestionnaires potentiels
(administrations, collectivités, associations).
Détermination des risques d’érosion et d’affouillements
Les risques d’érosion et d’affouillements devront être
étudiés le plus tôt possible, tant sur le plan général du
lit que sur les actions locales (notamment au voisinage
des appuis envisagés). L’étude morphodynamique doit
permettre :
• de caractériser les phénomènes d’érosion, en régime
normal et en régime de crue exceptionnelle ;
• de les quantifier selon les critères de mise en
mouvement des sédiments (vitesse critique, tension
de cisaillement, puissance spécifique) ;
• de définir les éventuels dispositifs de protection ou
d’atténuation à adopter.
Le lecteur se reportera aux chapitres 1 et 2 de la partie 3
pour une meilleure approche des problèmes rencontrés.
La définition des protections éventuelles sera présentée,
pour les ouvrages, les remblais contigus, les champs
d’inondation, en s’inspirant des développements du
chapitre 3 de cette même partie 3.
Interaction écoulement-structures
Action des structures sur le fluide : instabilité de
l’écoulement au droit des ouvrages.
L’étude du régime du cours d’eau est une étape
essentielle à la définition du type d’ouvrage à réaliser
et à son emplacement. Si on doit toujours s’efforcer
de placer l’ouvrage de telle manière qu’il modifie le
moins possible le régime du cours d’eau, on s’attachera
à rechercher les emplacements où le lit de la rivière
est durablement fixé et où la direction du courant
ne varie pas sensiblement entre les débits d’étiage et
ceux des crues majeures. C’est notamment le cas des
cours d’eau dont le lit majeur est notablement plus
important que le lit mineur.
La ligne de plus grande pente du cours d’eau
relie les rives concaves du lit mineur, et les points
d’inflexion sont les lieux où la direction du courant
est essentiellement variable : en période de basses
eaux, elle est parallèle à l’axe du thalweg, mais au fur
et à mesure que le niveau monte, elle tend à devenir
parallèle à l’axe du lit majeur. En tout état de cause, si
un tel emplacement devait être retenu, il conviendrait
de limiter le nombre d’appuis dans le lit majeur et
d’orienter les appuis selon les courants de crue.
Les actions des structures sur le cours d’eau se
traduisent principalement par :
• des turbulences et tourbillons, lorsque les courants
sont obliques par rapport à la direction des piles.
Il se produit alors, en général, des affouillements
qui peuvent être préjudiciables à la stabilité de
l’ouvrage ;
• une augmentation de la vitesse moyenne du courant,
liée à la réduction de section ouverte au passage de
l’eau. De plus, le remous augmente en amont.
Action du fluide sur les structures
L’action de l’eau sur une pile en rivière s’exerce de
diverses façons :
• le courant exerce une action hydrodynamique sur les
parties immergées dont la réaction est généralement
négligeable ;
• l’impact et le frottement des particules solides
entraînées par le courant provoquent l’abrasion des
parties immergées ;
• la dissolution de la chaux libre des mortiers et bétons
immergés ;
• les affouillements des fonds, au voisinage de la
fondation, par le courant comme il est présenté à la
partie 2 plus avant.
Le lecteur se reportera aux chapitres 3 et 4 de la
partie 2 pour une connaissance plus détaillée de ces
actions et leurs parades.
6.3 - Avant projet routier étude
préliminaire d’ouvrage d’art
(phase 1)
6.3.1 - Objectifs
L’étude préliminaire d’ouvrage d’art étudie l’ensemble
des solutions techniques (différentes configurations
d’ouvrages) permettant de répondre aux données et
contraintes du programme, y compris naturelles et
environnementales, en vue de retenir la/les solution(s)
la/les mieux adaptée(s).
Au niveau de l’étude préliminaire d’ouvrages d’art, les
objectifs sont assignés à l’étude de l’écoulement du cours
d’eau et de la stabilité du lit. Cette étude est destinée
à être intégrée, le cas échéant, à l’enquête préalable à
la Dup de l’ouvrage. Elle devra tout particulièrement
démontrer que l’impact de l’aménagement sur le
milieu est acceptable. Elle devra permettre de définir
les trois données principales suivantes.
Débouché hydraulique de l’ouvrage et son positionnement
Le bureau d’études hydrauliques travaille à ce
stade sans connaître le nombre d’appuis prévus, ni
leur implantation. Il vérifie que le projet ne crée
pas de nouvelles zones inondables (vérification de
l’exhaussement en amont de l’ouvrage par rapport à
celui admissible en tenant compte d’éventuels ouvrages
de décharge à dimensionner), qu’au droit de l’ouvrage
les vitesses d’écoulement ne sont pas accrues au point
d’exiger de lourds travaux de confortement du lit
et des berges et que la largeur de l’ouvrage est telle
qu’elle puisse assurer le passage du plus grand corps
flottant possible.
Niveau de calage de l’intrados de l’ouvrage
Ce niveau de calage de l’intrados des ouvrages est
déterminé pour une crue de référence en général
centennale, en tenant compte d’un engraissement
éventuel du fond du lit par apports de solides,
de la majoration de cote pour tenir compte des
effets dynamiques du courant (vitesse, courbure de
l’écoulement dans les coudes, ...) et d’une revanche
minimale pour laisser passer les corps flottants (en
général 0,50 m à 1 mètre). Le dossier pilote Ohvm 63
du Sétra, citant Séjourné, exige des revanches allant de
0,60 m à 1,50 m en fonction des ouvertures variant de
2 m à 8 m. Cette règle, applicable à de petits ouvrages
très robustes, ne peut pas être étendue à des tabliers
plus légers ou reposant sur des appuis en élastomère
(passerelles notamment).
L’application de l’Eurocode 1 (NF EN 1991-1) et
l’implication de la durée de vie escomptée de l’ouvrage,
avec des niveaux de fiabilité appropriés et de façon
économique, fait que la revanche relève également
d’un choix du maître d’ouvrage.
La revanche doit être adaptée à l’occurrence de forts
charriages de matériaux forestiers, dans les régions
boisées, qui peuvent, en quelques jours de crue,
constituer des amas importants sur les piles des
ouvrages, sans possibilité d’intervention des équipes
d’entretien.
Enfin, les appareils d’appui et les articulations des
arcs devront être disposés au-dessus du niveau de la
crue de référence.
Prise en compte du cours d’eau, du projet à l’exploitation
111
Dispositions nécessaires à la stabilisation du lit et des
berges.
Comme il est indiquer plus haut, le projet à ses
différents stades devra préciser les dispositions
éventuellement nécessaires pour la préservation du
lit et la protection des berges mise en place d’épis,
de panneaux de fonds, enrochements, dragages
périodiques, etc.
Dès le niveau de l’Étude Préliminaire d’Ouvrage d’Art,
on procédera à quelques études comparatives. De telles
approches apporteront des éléments d’appréciation
indispensables pour aboutir à une définition plus
objective des ouvrages à projeter : incidence de
l’aménagement en terme d’environnement, valeurs
des exhaussements, dimensionnement des débouchés
et des ouvrages de décharges, transparence paysagère.
Enfin, au fur et à mesure des études, peuvent apparaître
de nouvelles contraintes susceptibles de conduire à
modifier les objectifs initiaux issus de cette étude en
évitant d’apporter d’importantes dérives financières.
6.3.2 - Écoulement du cours d’eau
L’étude hydraulique abordera le fonctionnement du
cours d’eau à franchir et définira la configuration
plausible du lit actif, conservé en l’état ou réaménagé
après examen de la stabilité du lit. Nous rappelons
que pour certains cours d’eau, le lit actif est vagabond.
Dans ce cas, la construction d’un ouvrage conduira à
stabiliser le lit du cours d’eau, en accord avec la Mise.
En effet la stabilisation du lit peut conduire à modifier
le profil en long et en travers du lit mineur (rubrique
3.1.2.0 de la nomenclature).
Pour ce lit actif, l’étude hydraulique doit définir les
conditions d’écoulement (niveaux, vitesses, répartition
entre les divers lits du débit, exhaussement par rapport
à des débits de référence) des débits de référence à
prendre en compte pour :
• la conception des passages hydrauliques, y compris
les ouvrages de décharge,
• la construction des appuis dans différentes hypothèses
d’emprises provisoires dans le fleuve.
6.3.3 - Prise en compte des enjeux
environnementaux
La prise en compte, dès l’avant-projet routier
(études préliminaires d’ouvrage d’art) des enjeux
environnementaux du milieu naturel (faune et flore)
est une nécessité si l’on ne veut pas s’exposer à une
reprise importante des études par une remise en cause
ultérieure de ces enjeux. La préservation de certains
biotopes peut conduire le maître d’œuvre à limiter
112
Cours d’eau et ponts
l’implantation d’appuis. Les conditions de survie des
espèces rares doivent également être prises en compte
(ensoleillement, humidité, obstacles rédhibitoires au
cheminement, etc.).
Le lecteur aura grand intérêt à se reporter au guide
méthodologique « Les études d’environnement
dans les projets routiers » co-édité par le Sétra et le
Certu (octobre 1997) pour une connaissance plus
approfondie de ces études et du rôle de l’équipe
projet.
6.3.4 - Stabilité du lit et des berges
L’enquête sur la stabilité du lit doit permettre d’établir
un diagnostic sur les potentialités d’évolution du lit,
en l’état et à terme, en fonction des caractéristiques
connues du projet, et notamment l’ampleur de
l’affouillement général.
Cette évolution du lit concerne tous les phénomènes,
aussi bien d’érosion ou de dépôt observés par
l’évolution du profil en long, que les méandres par les
modifications du tracé en plan de la rivière.
Cette enquête devra déboucher sur les aménagements
adéquats touchant l’ouvrage et sa zone d’influence.
La préser vation des berges et des conditions
d’écoulement du cours d’eau est également un enjeu
important vis-à-vis de la végétation et de la faune,
terrestre ou aquatique.
6.3.5 - Interactions de l’ouvrage et des
chenaux de navigation
Dans le cas de franchissement d’une rivière canalisée,
le maître d’œuvre devra obtenir du service gestionnaire
de la voie d’eau les caractéristiques en plan et en
élévation des chenaux de navigation et de leurs annexes
dans le site concerné. Il devra notamment obtenir les
valeurs actuelles et prévisibles des gabarits, tirants
d’air au-dessus du plan d’eau et au-dessus du chemin
de halage, mais également celles de la section mouillée
à préserver.
La partie 5 du présent guide donne de plus
amples précisions sur les contraintes liées à ces
franchissements.
6.4 - Avant-projet d’ouvrage
d’art (phase 2)
6.4.1 - Objectifs
Cette phase est essentiellement une étape de
maturation et d’élaboration de la conception du projet
sur la base de la solution retenue à l’issue de la phase
précédente. Toutes les données du programme de
l’ouvrage doivent avoir été, sinon arrêtées, du moins
déterminées avec précision. Des études géotechniques
ou hydrologiques complémentaires doivent avoir été
réalisées avant le début de cette phase.
A la fin de cette phase, la géométrie de l’ouvrage,
le choix des fondations, les modes de construction
de l’ouvrage et les notes d’hypothèses des calculs
ultérieurs doivent pouvoir être validées.
6.4.2 - Prise en compte des enjeux
environnementaux
Les enjeux environnementaux participent, comme
toutes les autres données du programme, à la
définition de l’ouvrage. Elles sont traduites en
termes d’équipements spécifiques ou de dispositions
constructives particulières. Les revues d’étape
organisées autant que de besoin avec les différents
spécialistes de domaines, doivent permettre de lever
les difficultés ou impossibilités à concilier des choix
entre des exigences contradictoires.
Le chef de projet pourra être conduit à proposer des
suites à donner à des problèmes nouveaux ou à des
variantes possibles.
6.5 - Projet détaillé (phase 3)
6.5.1 - Objectifs
Au stade du projet, la solution technique retenue à
l’issue de l’étude préliminaire et validée techniquement
et financièrement par l’avant-projet, est étudiée en
détail. On procède à une conception complète et à un
dimensionnement précis de l’ouvrage, ce qui nécessite
d’affiner l’ensemble des données et contraintes relatives
au cours d’eau.
les dispositifs de protection des appuis, du lit et des
berges. Cette étude est destinée à constituer, le cas
échéant, l’un des éléments de l’enquête hydraulique
préalable à l’autorisation de travaux ; elle fournira
les éléments nécessaires à l’élaboration du document
d’incidence du projet.
Le bureau d’études hydrologiques et le bureau d’études
environnementales réalisent l’étude détaillée des
impacts et des mesures compensatoires, tant en ce qui
concerne l’hydraulique que pour la qualité générale
de l’environnement.
6.5.2 - Réexamen de l’étude hydraulique de
l’avant-projet
Le bureau d’études hydrauliques s’assurera de la validité
des résultats établis au niveau de l’étude préliminaire
au vu des modifications de l’existant envisagées au
stade du Poa (implantation exacte de l’ouvrage et de
ses appuis, présence ou non d’ouvrages de décharge...).
Au fur et à mesure de l’avancement de ce type d’études,
de nouvelles contraintes peuvent apparaître pouvant
conduire à modifier certains objectifs initiaux issus de
l’étude préliminaire.
Le bureau d’études affine, si nécessaire, l’étude de
l’écoulement des eaux et de la stabilité du lit. Cette
reprise ne devrait normalement pas apporter de
modification technique et économique majeure.
6.5.3 - Stabilité des appuis et protections
éventuelles
Pour l’état de référence du lit (état « naturel » ou état
« corrigé ») seront définies notamment :
• l’ampleur de l’affouillement général,
• l’ampleur de l’affouillement local, d’où la position
des semelles de fondation, les protections éventuelles
à prévoir pour les appuis (les protections immédiates
tels que enrochements, traitement de sol, jet-grouting
; les protections à distance tels que seuil, perrés, épis
fixant le lit).
Les mesures de protection préconisées seront
précisées par des documents comportant les notes
de calculs les justifiant ainsi que les métrés et plans
correspondants.
Pendant l’élaboration du projet d’ouvrage d’art, le
bureau d’études hydrauliques travaille à partir des
données de modification de l’existant proposées par
le bureau d’études du maître d’œuvre et dimensionne
Prise en compte du cours d’eau, du projet à l’exploitation
113
6.6 - Données nécessaires à
une étude hydraulique
Il s’agit des éléments nécessaires à l’étude lors de ces
diverses phases, qui sont fournis par le maître d’œuvre
ou recueillis par le bureau d’études hydrauliques.
Dans ce dernier cas, et chaque fois qu’elles ne sont
pas issues de ses choix, elles devront être validées par
le maître d’œuvre.
6.6.1 - Description du projet
Données fournies par Données fournies par
le maître d’œuvre
le maître d’œuvre ou
un autre intervenant
Phase 1
Plan de situation (type carte d’état major ou « Michelin » ou Ign
1/250 000)
§
Vue en plan du site, avec report des axes probables du pont et de la
route d’accès (1/200, 1/500, 1/1 000 ou 1/5 000)
Du point de vue hydraulique, l’objectif déterminant est de positionner
l’ouvrage dans une section où l’écoulement est concentré au maximum dans
le lit mineur
§
Phase 2
Débouché de l’ouvrage principal et, le cas échéant, débouchés des
ouvrages secondaires :
Des contraintes autres qu’hydrauliques peuvent déterminer le débouché. Par
exemple :
dans le cas d’une rivière enfermée dans une gorge, la distance entre culées est
imposée par la topographie ;
dans le cas d’une voie navigable, le gabarit de navigation impose
généralement un tirant d’air et une largeur, parfois surabondants pour
l’écoulement des crues.
§
Appuis de l’ouvrage : nombre, dimensions, forme, mode de
construction, type de fondations
§
Phase 1
Phase 2
§
(conseil)
§
(conseil)
Photographies des abords et repérage lors de la visite du site
Ces éléments peuvent effectivement être utilement enrichis par une visite
du site, et par l’examen des photographies terrestres et aériennes existantes,
d’anciens plans topographiques...
6.6.2 - Données fonctionnelles
Données fournies par Données fournies par
le maître d’œuvre
le maître d’œuvre ou
un autre intervenant
Phase 1
114
Gabarits de navigation :
• dimensions : hauteur au-dessus du niveau des Plus Hautes Eaux
Navigables (Phen), largeur ;
• possibilités de dédoublement d’un gabarit unique ;
• positions extrêmes admises pour chacun de ces gabarits à indiquer sur
un croquis coté.
(validées par le Service gestionnaire de la voie navigable)
§
Tirants d’air pour objets flottants, à réserver au-dessus des Plus Hautes
Eaux Connues (Phec) (cf. les recommandations en 6.3.1. ci-dessus)
§
Convois fluviaux éventuels : description (Validés par le Sn)
§
Cours d’eau et ponts
Phase 2
Phase 1
Phase 2
6.6.3 - Données topographiques et bathymétriques
Données fournies par Données fournies par
le maître d’œuvre
le maître d’œuvre ou
un autre intervenant
Phase 1
Géométrie du chenal d’écoulement :
• à partir de levés bathymétriques (lit mineur) et topographiques (lit
majeur) ;
• vérifications au niveau de sections de contrôle : ponts, barrages,
verrous topographiques, seuils, ...
Le linéaire de chenal de transit des crues, objet des levés topographiques
nécessaires à la « construction des modèles » permettant les simulations
ultérieures, sera défini par l’hydraulicien, conseil du maître d’œuvre
Pour une étude d’écoulement général, il s’agit couramment d’une longueur
assez importante, en aval et surtout en amont de l’ouvrage (> 1 km). Ce
secteur d’étude doit se rattacher, en amont comme en aval, à des points où la
ligne d’eau est connue en débits et en cotes
§
Analyse de la stabilité du lit en tracé en plan et en profil en long
(modification des méandres, érosion du fond et des berges, fosses) :
• à partir des levés topographiques (et bathymétriques) successifs
obtenus (cartes d’état major, plans cadastraux anciens ou récents ou
photographies aériennes).
Deux cas se présentent :
• le lit est stabilisé et a atteint son état d’équilibre, avec un tracé bien
fixé depuis plusieurs décennies : l’analyse est achevée ;
• des évolutions se sont manifestées récemment : il y aura lieu de faire
des études spécifiques pour évaluer les risques d’évolutions futures et
mettre au point des dispositifs de protection des berges (cf. § érosion).
§
Phase 2
Phase 1
Phase 2
§
(soutien)
Transport solide
Cette information est capitale pour l’implantation de l’ouvrage et pour le
niveau de ses fondations et la nature de leurs protections
§
Description des lits mineur et majeur :
• profil en long du terrain naturel selon l’axe du tracé (lit compris) ;
• pentes longitudinales du fond des lits majeur et mineur (iM, im) d’un
profil en long de la rivière ;
• lit simple ou composé ? lit majeur capacitif ou actif ? ;
• coefficients de Strickler (Km, KM) des lits mineur et majeur ;
• vitesses d’écoulement (Vm, VM) ;
• pentes des lignes de charge J ;
• surfaces mouillées des lits majeur et mineur (SM, Sm) ; la surface
mouillée du lit actif vaut alors : S = Sm + SM ;
• périmètres mouillés des lits majeur, mineur et actif (PM, Pm, P) ;
• rayon hydraulique des lits majeur, mineur et actif (RM, Rm, R) ;
• débits des lits majeur, mineur et actif (QM, Qm, Q = QM + Qm) ;
• largeur au miroir des lits majeur et mineur (LM, Lm).
§
Prise en compte du cours d’eau, du projet à l’exploitation
115
6.6.4 - Données géologiques et géotechniques
Données fournies par Données fournies par
le maître d’œuvre
le maître d’œuvre ou
un autre intervenant
Phase 1
Géologie du sol : par sondage carotté
La nature du fond du lit peut avoir une incidence sur le transport solide
Phase 2
Phase 2
§
Perméabilité des sols
§
Granulométrie et blocométrie du sol, en lits mineur et moyen
§
État de la surface du lit majeur (champs, bois, cultures, zones
urbanisées...)
§
6.6.5 - Données hydrologiques
Phase 1
Données fournies par Données fournies par
le maître d’œuvre
le maître d’œuvre ou
un autre intervenant
Phase 1
§
Niveaux moyens du cours d’eau, sur une centaine de mètres de part et
d’autre du futur ouvrage
Cette donnée est utile pour des problèmes d’intégration dans le site, pour des
problèmes d’accès...
§
Connaissance de risques d’embâcles/débâcles ?
§
Caractéristiques des crues (et débâcles éventuelles) :
• périodes, fréquence moyenne ;
• débits, vitesse et direction des courants ;
• charriage : existence et nature le cas échéant (troncs d’arbre, blocs de
glace, ...)
(informations auprès de la Diren et tous services intervenant en cas de
crues)
§
Régime des marées (s’il y a lieu), pour les ouvrages implantés sur les
fleuves soumis à l’effet de la marée :
• Phmve (Plus Hautes Marées de Vives Eaux) ;
• Pbmve (Plus Basses Marées de Vives Eaux) ;
• Phmme (Plus Hautes Marées de Mortes Eaux) ;
• Pbmme (Plus Basses Marées de Mortes Eaux) ;
• mascaret ;
• courants de marée.
(se rapprocher du Service Maritime ou du port autonome)
§
Phase 1
Phase 2
ﬁ
Niveaux d’eau caractéristiques, pour des occurrences annuelles,
décennales, centennales :
• Phec (Plus Hautes Eaux Connues) ;
• Phen (Plus Hautes Eaux Navigables) (s’il y a lieu) ;
• Pbec (Plus Basses Eaux Connues) ou niveau d’étiage ;
• niveaux d’étiage d’occurrence annuelle, décennale... ;
Phase 2
116
Cours d’eau et ponts
ﬁ
Données hydrologiques suite
Données fournies par Données fournies par
le maître d’œuvre
le maître d’œuvre ou
un autre intervenant
Phase 1
Phase 2
Phase 1
Implantation des stations hydrologiques dans le site
Les données d’implantation des stations (hauteurs, débits, courbes de tarage)
sont disponibles sur la banque de données Hydro ou auprès des Diren
§
Données recueillies par les stations hydrologiques :
• niveaux d’eau journaliers mesurés aux stations ;
• débits maximaux instantanés (journaliers, mensuels, annuels,
décennaux, centennaux non connus aux stations ;
• courbe de tarage, appelée aussi loi hauteur-débit ou loi Q(z), aux
stations.
§
Inventaire des échelles de mesure de ligne d’eau ou de débit
§
Phase 2
Modifications des écoulements dues au projet, notamment en période
de crues
§
L’hydraulicien déterminera notamment :
• les lignes d’eau en crue (débit et cotes) : pour au moins deux crues avant
débordement dans le lit majeur, et pour deux crues largement débordantes ;
• la loi d’écoulement au droit des ouvrages (cote amont et cote aval), de type
seuil ou déversoir.
Il fixera le débit de projet devant passer sous l’ouvrage sans danger.
Ce débit devra être suffisamment élevé pour en diminuer le risque de
dépassement, tout en restant raisonnable, pour ne pas induire un coût
prohibitif
Ce choix d’un débit de projet sera bien sûr empreint d’incertitudes
(échantillonnage établi sur une période de temps plus ou moins limitée
et comprenant des valeurs parfois imprécises voire erronées, méthodes de
calcul basées sur des modèles mathématiques théoriques plus ou moins bien
adaptés...) et soumises à des aléas (modification possible de l’environnement
au cours des années...), inhérents à toute approche probabiliste de la sécurité
6.6.6 - Données environnementales
Données fournies par Données fournies par
le maître d’œuvre
le maître d’œuvre ou
un autre intervenant
Phase 1
Phase 2
Phase 1
Phase 2
Aménagements proches du cours d’eau ou influant sur celui-ci :
• inventaire et historique : relevé chronologique de l’aménagement du
cours d’eau (perrés, murs de quai, endiguement, barrage de retenue,
barrage régulateur de crue, seuils de prise d’eau, seuils fixant le lit, ponts) ;
• influence de ces aménagements sur le régime d’écoulement du fleuve et
sur la connaissance statistique du régime de crue du cours d’eau ;
• caractéristiques et comportement des ouvrages d’art voisins déjà
construits.
§
Qualité de l’eau (agressivité chimique de l’eau)
§
Qualité piscicole (cf. Étude d’environnement)
§
Description du biotope et état de la biocénose
§
Présence d’objets charriés (troncs d’arbre, ...)
§
Prise en compte du cours d’eau, du projet à l’exploitation
117
6.6.7 - Données sur les zones inondables
Données fournies par Données fournies par
le maître d’œuvre
le maître d’œuvre ou
un autre intervenant
Phase 1
Phase 1
Limites de la plus forte crue historique connue
§
Cartographie des zones inondables par approche
hydrogéomorphologique
§
Phase 2
6.7 - Chantier
6.7.2 - Prise en compte des phases
provisoires dans les études
6.7.1 - Respect de la loi sur l’eau
La cinématique des travaux affectant le cours d’eau
devra tenir compte des débits probables saisonniers
du cours d’eau, mais également de précautions liées
à l’environnement biologique (p.e. reproduction
d’espèces piscicoles particulièrement sensibles). Ces
sujétions, qui devront avoir été stipulées dans le
marché, doivent faire l’objet d’une prise en compte
dans le programme d’exécution des travaux (art. 33
du fasc. 65A du Cctg) et éventuellement détaillées
dans les procédures spécifiques d’exécution relatives
aux fondations et aux appuis en rivière.
Dans le cadre du chantier, les dispositions prévues par
la loi du 3 janvier 1992, s’appliquent essentiellement
aux travaux visés par les articles 2.5.3 et 2.5.4 du décret
n° 93-743 du 29 mars 1993 : ouvrages, remblais et
épis, dans le lit mineur d’un cours d’eau constituant
un obstacle à l’écoulement. Toutes les opérations,
susceptibles de générer des effets sur les ressources
en eau, énumérées dans la nomenclature « police de
l’eau » de ce décret, doivent faire l’objet de réponses
techniques adaptées.
Pour parer à toute variante intempestive de l’entreprise,
qui s’affranchirait de cette obligation, le maître d’œuvre
veillera à exclure, dans le Dce, toute proposition de
variante susceptible de générer des pollutions ou des
dommages irréversibles au site, et notamment au
cours d’eau.
Le Dce (Ccap) veillera également à prévoir des
pénalités dans le Ccap à appliquer dans le cas où
certaines clauses de la notice environnementale ne
seraient pas respectées.
Partie 6 - Photo 2 – Source : Cete du Sud-Ouest - Dde de Dordogne
118
Phase 2
Cours d’eau et ponts
Pour ce faire, une notice environnementale aura été
élaborée avec les services spécialisés (Diren, Ddaf )
et intégrée au Dce.
Préalablement à son visa, le maître d’œuvre s’en
assurera par un examen critique de ces documents,
en faisant éventuellement préciser tous les points
qui ne lui sembleraient pas de nature à garantir le
respect de ces exigences, tant au niveau du planning
que des moyens mis en œuvre. Les points critiques
et le traitement des aléas devront être clairement
présentés.
On vérifiera également que les méthodes d’exécution
proposées par l’entreprise sont compatibles avec les
prescriptions du marché.
6.7.4 - Protection du cours d’eau - Rejets
6.7.3 - Ouvrages provisoires en site
aquatique
Les mesures générales de protection en cours de
chantier concernent essentiellement les aménagements
réalisés pour l’exécution des travaux dans le lit de
la rivière (terrassements, plate-formes de travail,
fouilles, dérivation provisoire, busages, passages à gué,
estacades, etc.) ou pour la commodité des conditions
de vie sur le site (bureaux, bases de vie, sanitaires et
réfectoires, etc.).
La réalisation des ouvrages provisoires relève des mêmes
garanties d’exécution que les ouvrages définitifs. Des
dérogations peuvent être autorisées par le maître
d’œuvre selon la durée de service de ces ouvrages
et des charges effectives qu’ils sont susceptibles de
supporter. Ces dérogations ne peuvent en aucun cas
être opposables aux obligations de la loi sur l’eau.
Le dimensionnement est justifié à l’état limite de
service, dans le cas d’un ouvrage provisoire dont une
partie est destinée à rester incorporée à l’ouvrage
définitif et aux états-limites ultimes de stabilité propre
et de résistance pour chaque élément structural, ou de
stabilité générale au grand glissement pour l’ensemble
de la structure. Ces ouvrages, qu’ils soient ou non
soumis à son visa, devront faire l’objet d’un examen
par le maître d’œuvre, afin que ses réserves éventuelles
sur l’ouvrage provisoire ou son mode de réalisation,
soient formulées le plus tôt possible.
Les principaux ouvrages provisoires sont des blindages
ou des batardeaux nécessaires à l’exécution des
fondations en rivière. Qu’ils soient constitués de
rideaux de palplanches ou de digues en terre, le maître
d’œuvre doit s’assurer des conditions d’étanchéité et
de stabilité de ces structures.
Pour leur exécution et leur dimensionnement on se
reportera aux documents suivants :
• Exécution des fondations d’ouvrages d’art à l’abri de
batardeaux et blindages en palplanches métalliques du
Cete de l’Ouest (1986).
• Dimensionnement des ouvrages provisoires,
blindages et batardeaux du service technique central
des ports maritimes et des voies navigables (notice
Stc n° 77-1 de mars 1977).
La réalisation des travaux peut nécessiter une grande
variété d’ouvrages provisoires, moins courants, mais
qui devront être justifiés par le calcul et dimensionnés
pour répondre au service qu’ils doivent remplir
pendant un temps limité et dans des conditions
qui doivent être appréciées en conséquence : palées,
estacades, remblai, échafaudages et étaiements, etc.
Lorsque ces ouvrages provisoires sont mis en œuvre
à proximité d’une voie de navigation, ils devront être
dimensionnés selon les mêmes règles que les ouvrages
définitifs, vis-à-vis du choc des bateaux de la classe la
plus élevée, autorisée à circuler sur cette voie.
Mesures générales de protection
Dans le premier cas, il s’agira de recueillir, par des
fossés périphériques, les eaux de ruissellement afin de
les traiter (décantation) avant rejet.
Dans le second cas, il sera nécessaire de réaliser un
système d’assainissement particulier, redirigé vers
une unité de traitement adaptée ou vers une cuve de
stockage régulièrement vidangée.
Mesures à prendre vis-à-vis des laitances
Les mesures spécifiques à prendre vis-à-vis des laitances
concernent :
• d’une part, l’implantation des plate-formes de la
centrale à béton ou de la zone de nettoyage des toupies
et de l’unité de préfabrication à l’écart du cours d’eau
et en dehors des zones inondables ;
• d’autre part, la récupération et le traitement des eaux
de ruissellement au voisinage immédiat des ouvrages
coulés en place (appuis tablier), ainsi que l’aire de
nettoyage des banches.
Pour les zones de stockage des liants (ciments, chaux
et adjuvants), outre l’attention portée au traitement
des eaux de ruissellement, il conviendra de veiller
à les éloigner du cours d’eau en fonction des vents
dominants.
Mesures à prendre vis-à-vis des produits de forage
Les produits résiduels des forages (bentonite
notamment) doivent être récupérés et évacués vers
un dépôt ou un bassin de décantation. Le traitement
de la bentonite devra être réalisé avant sa complète
dessiccation, sa dangerosité étant avérée à sec
(particules très légères et riches en silice cristalline).
Mesures à prendre vis-à-vis des hydrocarbures
L’omniprésence d’engins tirant leur énergie des
hydrocarbures rend l’efficacité des mesures de
protection extrêmement contraignante. Dans le cadre
d’un projet d’aménagement routier on s’attachera
donc à centraliser la gestion de la pollution (atelier
mécanique, citernes de stockage des carburants, zone
Prise en compte du cours d’eau, du projet à l’exploitation
119
de ravitaillement des engins, aires de lavage) aussi
loin que possible du cours d’eau et en appliquant les
dispositions préconisées par le document Sétra-Lcpc
« Prise en compte de la législation sur l’eau et les
milieux aquatiques lors de la réalisation des chantiers
routiers ».
Il devra être prévu, au voisinage de chaque point
principal d’utilisation d’hydrocarbures, un dépôt de
produit absorbant adapté au type d’intervention, en
cas de fuite.
Mesures à prendre vis-à-vis des solvants
Ho r m i s q u e l q u e s c a s l i é s à d e s d é f a u t s d e
conditionnement, ces produits peuvent être
essentiellement dommageables au moment de leur
mise en œuvre notamment sur le site même. Les
moyens d’exécution doivent donc éviter autant que
possible la dispersion en aérosol de ces produits et de
leurs mélanges. A défaut, il sera nécessaire de prévoir
l’application en espace confiné avec récupération et
traitement approprié des déchets.
Autres polluants
La très grande diversité de matières dangereuses
fluides, pures ou en émulsions, aqueuses ou non,
utilisées sur les chantiers de travaux publics et
notamment certains isocyanates, nécessite la mise en
œuvre de précautions particulières et d’un traitement
spécifique d’élimination.
En outre, certains polymères inoffensifs en produits
finis peuvent libérer des composés d’une extrême
toxicité par combustion lors d’un « nettoyage » de
chantier (p.e. le styrène). Il est rappelé que le brûlage
des déchets de toutes natures est interdit (à l’exception
des matériaux contenant des termites), même en cas
d’évacuation des cendres.
Certaines matières dangereuses ne se rencontrent plus
sur les chantiers d’ouvrages d’art qu’à l’occasion de
travaux d’entretien ou de réparation. C’est le cas de
l’amiante et du plomb.
Le décret n° 96-1133 du 24 décembre 1996 a
interdit la fabrication, l’importation, la mise sur le
marché, l’exportation et la vente de toutes les variétés
d’amiante, avec quelques dérogations, dont aucune
ne touche aux produits et matériaux destinés aux
ouvrages d’art.
Quant au plomb, on peut parfois en trouver dans les
ouvrages existants sous forme de tubes d’évacuation
des eaux du tablier, ou de la seule collerette, soit en
plomb, soit en composite PVC/Pb.
La céruse (2PbCO 3,Pb(OH) 2), qui a été pendant
longtemps employée comme pigment blanc dans les
120 Cours d’eau et ponts
peintures, est interdite dans ce secteur depuis 1948
mais elle reste présente dans des vieilles peintures.
Les pigments, élaborés à partir de litharge : jaune
(chromate : PbCrO4 entrant dans la fabrication de
la peinture des ex-bandes jaunes routières), rouge
(molybdate : PbMoO4) ne sont plus utilisés.
Le minium est de moins en moins utilisé comme
peinture antirouille.
6.8 - Exploitation
6.8.1 - Incidence de l’évolution naturelle du
cours d’eau
L’érosion, décrite dans la partie 3 du guide, est le
facteur essentiel d’évolution naturelle du cours d’eau.
Lorsque celle-ci a été objectivement pressentie dans
les études du projet d’ouvrage, tous les paramètres
naturels (climatiques et hydrologiques) restant
sensiblement constants sur la durée de vie d’un
ouvrage, les modifications de son tracé ou de son
régime ont dû faire l’objet de mesures préventives
garantissant l’ouvrage contre ces risques.
Dans le cas contraire, et notamment si le maître
d’œuvre a cru opportun d’asservir le cours d’eau à ses
vues, la domestication des eaux pourra être longue,
coûteuse et incertaine à moins que le cours d’eau ne
finisse par contourner l’ouvrage à l’occasion d’une
crue plus importante…
La qualité des études hydrauliques et des protections
prises en conséquence, constitue donc la meilleure
garantie de pérennité de l’ouvrage.
6.8.2 - Incidence des aménagements du
cours d’eau
Les aménagements du cours d’eau qui conduiraient
à modifier l’un des paramètres de son écoulement
(vitesse, transports solides, niveaux du plan d’eau,
etc.) doivent être appréciés au regard de leur
incidence vis-à-vis des critères hydrodynamiques
aux abords de l’ouvrage. Une modification du profil
en long du cours d’eau, en accentuant la pente (par
rescindement d’un méandre p.e.) conduira à des
phénomènes d’affouillement préjudiciables aux appuis
en rivière, tandis qu’une réduction de cette même
pente (par création d’un seuil fixe p.e.) favorisera des
atterrissements, réducteurs potentiels du débouché
de l’ouvrage.
Pour une description complète des actions spécifiques
des aménagements des cours d’eau, on se reportera
au fascicule 20 de l’instruction technique pour la
surveillance et l’entretien des ouvrages d’art « Zones
d’influence – Accès – Abords » de la Direction Générale
des routes et notamment son article 3.2.5.1.
Enfin, certains choix dans l’aménagement du territoire
ont également un effet défavorable sur les cours
d’eau : modifications de l’occupation des sols dans les
bassins versants, augmentation de la taille des parcelles
agricoles et disparition des freins à l’écoulement des
eaux et l’érosion des sols, drainage des fonds de vallée,
urbanisation des lits majeurs, etc.
6.8.3 - Incidence d’une modification du
pont
Les moyens et modes opératoires pour les diverses
natures d’interventions courantes sont développés
dans le « Guide à l’usage des subdivisions - Entretien
des ouvrages d’art », de janvier 2000, diffusé par le
Sétra.
Toute modification de la structure d’un pont qui
conduirait à une modification temporaire ou pérenne
des conditions d’écoulement du cours d’eau, à
quelque régime que ce soit, doit faire l’objet d’une
étude complète de l’impact de ces modifications.
Exemples : confinement des fondations, pose, ou
ajout, d’enrochements, aménagements des berges.
Chaque modification susceptible d’altérer les conditions
biologiques sous l’ouvrage (p.e. élargissement de la
dalle du tablier) doit également être étudiée avec le
concours des spécialistes du domaine.
6.8.4 - Absence d’entretien du cours d’eau
Le maintien du débouché hydraulique est une exigence
impérative au voisinage de l’ouvrage. Il consiste à :
• éliminer la végétation arbustive qui se développerait
dant le lit mineur du cours d’eau et éventuellement
dans le lit majeur, si cette colonisation était de nature
à modifier significativement l’écoulement des crues,
• curer le lit du cours d’eau pour en éliminer les
atterrissements susceptibles de modifier l’équilibre
des flux en débit normal.
Ces actions, y compris le faucardage, ne doivent être
entreprises qu’après avoir sollicité l’avis des services
chargés de la police des eaux et des organismes
concernés par les ressources halieutiques.
Ces travaux d’entretien à fréquence au moins annuelle,
doivent viser à éviter les désordres tels que :
• la formation d’atterrissements pérennes,
• l’apparition de dépôts de vases, sables et graviers liée
à la pousse d’arbres ou buissons à l’étiage,
• l’augmentation du débit sous certaines travées par
réduction sous d’autres.
Un autre problème plus préoccupant est celui des
aménagements réalisés sur les petits cours d’eau
pour assurer certains usages, aujourd’hui tombés
en désuétude. Ils contribuent parfois à altérer le
fonctionnement normal du cours d’eau, comme par
exemple, les vannages des moulins à eau encore en
place, et non manœuvrés, entravant l’écoulement de
l’eau et le transit des sédiments.
6.8.5 - Surveillance spécialisée
La surveillance spécialisée des ouvrages d’art vis-à-vis
du cours d’eau concerne essentiellement les appuis de
l’ouvrage et particulièrement ses fondations.
Compte tenu, d’une part, de l’importance de ces parties
des ouvrages dont les désordres sont fréquemment à
l’origine de la ruine de l’ouvrage, et d’autre part du
caractère souvent caché de ces désordres, la direction
des routes et de la circulation routière a publié deux
guides importants(58).
On rappellera donc ici, sommairement, les actions à
mener dans le cadre de la surveillance d’un ouvrage
d’art en site aquatique :
• la surveillance continue des fondations : observation
superficielle, mais régulière, qui doit être intensifiée au
moment des crues pour en relever les paramètres (cotes
des lignes d’eau de part et d’autre de l’ouvrage, étendue
du plan d’eau, direction des courants, etc.), puis, à
la décrue, consigner les changements importants.
D’autres événements (embâcles, augmentation
momentanée du trafic poids lourds ou passage de
convois exceptionnels, choc de bateau) doivent
également s’inscrire dans cette démarche,
• la visite annuelle de l’ouvrage à organiser en période
de basses eaux pour en faciliter autant que possible
l’accès aux fondations,
• l’inspection détaillée périodique (en principe
quinquennale) qui relève de la compétence d’une
équipe spécialisée en fondations et ouvrages d’art,
avec recours éventuel à une visite subaquatique. La
fréquence de ces inspections peut être augmentée par
le gestionnaire, en fonction de l’état de la structure et
des risques évalués,
• enfin, l’inspection détaillée exceptionnelle des
fondations, rendue nécessaire soit par l’observation
de faits anormaux non élucidés lors des inspections
périodiques, soit dans le cadre de modifications
prévues des conditions hydrauliques ou de service
(58) « Fondations de ponts en site aquatique en état précaire de décembre 1980 diffusion Lcpc/Sétra » et « Instruction technique pour la surveillance et l’entretien
des ouvrages d’art - fascicule 10 Fondations en site aquatique »
Prise en compte du cours d’eau, du projet à l’exploitation
121
sur l’ouvrage, soit encore dans le souci de compléter
les investigations par des moyens techniques spéciaux
(dégarnissage, forages, mise à sec, etc.).
de l’agriculture et de la forêt (parfois coordonnée par
la mission inter service de l’eau).
Pour une information plus complète, on se reportera
au fascicule 02 de l’Instruction technique pour la
surveillance et l’entretien des ouvrages d’art.
De plus, un contact au cours du projet avec le service
hydrométrie local permet éventuellement d’intégrer
lors de la construction du pont un système de mesure
de la cote/débit de la rivère (insertion de capteurs,
gaines ou supports de câbles...)
6.9 - Interlocuteurs
Il est rappelé que le bureau d’études hydrauliques
est un intervenant qui assiste en tant que conseil du
maître d’œuvre.
Ils comprennent, outre le maître d’œuvre en tant que
de besoins,
• la Diren (Division hydrométrie et annonce des
crues),
• le service de prévision des crues (Spc),
• le service chargé de la police des eaux (préfecture),
• l’organisme, affilié à l’Agence de l’eau du bassin
auquel est rattaché le cours d’eau, chargé des mesures
de qualité des eaux superficielles de ce cours d’eau,
• service en charge de l’eau potable (communauté
d’agglomération par exemple) si forages de captage
à proximité,
• hydrogéologue.
Si le cours d’eau est exploité :
• pour la navigation, le service de navigation ou le
gestionnaire,
• pour la production d’énergie, le concessionnaire,
• le gestionnaire des digues, si le cours d’eau est
endigué,
• le bureau de contrôle des études hydrauliques,
• les divers syndicats liés aux activités de l’eau,
• les délégations régionales de l’Onema et leurs
brigades départementales,
• les associations de pêche locales,
• les usagers de la voie d’eau (clubs de canoë-kayak,
etc.),
• les concessionnaires,
• la protection civile,
• l’armée,
• etc.
Il est à noter que le service compétent en matière
de police des eaux est le premier interlocuteur du
maître d’ouvrage et du maître d’œuvre car c’est lui
qui a la connaissance des servitudes grevant le lit
du cours d’eau, des bénéficiaires de ces servitudes,
des concessionnaires et qui, garant de l’application
des dispositions d’ordre public, ouvrira l’enquête
hydraulique préalable à l’autorisation des travaux.
La police des eaux est assurée soit par la direction
départementale de l’équipement, soit par le service
de la navigation, soit par la direction départementale
122 Cours d’eau et ponts
Dans le cas où le cours d’eau est exploité, les objectifs du
programme d’études hydrauliques devront être validés
par l’exploitant qui devra indiquer explicitement ses
contraintes d’exploitation.
Annexes
123
annexe 3.1
)
)
Étude de cas - Protection
d’un pont contre les risques
d’affouillement et de
contournement - Le Logone à
Moundou
Les panneaux de fond sont emportés et détruits par
les crues de 1968 et 1969.
Problème posé
Le Logone à Moundou
Affouillement dès la mise en service en 1956, avec
menace de destruction des piles, de la culée et du
remblai d’accès de rive droite.
Le chenal principal s’est porté vers la rive droite qu’il a
érodé profondément tandis qu’un banc central massif
s’est développé sous le pont.
La circulation est interdite pendant les hautes eaux
de 1971 et de 1972 par crainte d’effondrement de la
partie rive droite du pont (déplacement observé vers
l’aval).
Contexte et décision
• fleuve allogène, c’est-à-dire d’origine étrangère à la
région, formé en République centrafricaine, en zone
plus humide,
• régime soudanien avec une crue unique de juillet à
octobre et un étiage très marqué de février à avril.
Premiers travaux de protection en 1966 : pose de
panneaux de fond et creusement d’un chenal oblique
pour recentrer le courant sous le pont.
Étiage 1954
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
��
��
��
��
��
�
Étiage 1956
�
��
��
Annexe 3.1 - Figure 1 : profils en travers successifs sous le pont
– Source : Bceom - Pont de Moundou - Rapport final - République du Tchad, ministère
des Travaux Publics, des Mines et de la Géologie - Direction des Travaux Publics
- Septembre 1976 - 32p, cartes, plans, photos
124 Cours d’eau et ponts
��
��
Annexe 3.1 - Figure 2 : vues en plan successives du lit (d’après photos
ministère des Travaux Publics, des Mines et de la Géologie - Direction des Travaux Publics -
Le site du pont
La décision d’intervention
• passage relativement étroit entre une terrasse
non submersible en rive gauche, portant la ville de
Moundou, et une terrasse alluviale submersible mais
pas très large en rive droite, traversée par un remblai
sans ouvrage de décharge.
• coût total : 3,5 + 0,74 = 4,24 MF études et travaux
(Fac) pour un pont estimé à 14 MF (estimation en
Francs français en 1972) de 340 m de long ;
• justification : franchissement unique et indispensable
à l’échelle nationale (Pala-Moundou-Sarh) et même
internationale (Cameroun-Tchad-République
centrafricaine) ;
• choix technique fondé sur la consolidation des
piles les plus menacées et sur l’utilisation des épis de
reconstitution de la berge, dimensionnés sur modèle
réduit et réalisés progressivement.
Le fonctionnement du lit (mineur et majeur)
• fonctionnement en chenaux anastomosés très
caractéristiques en 1975 : rapport b/h (400-500m
pour 3-4m), chenaux multiples sur banc central,
débordement annuel en rive droite.
• cette tendance a pu s’accentuer depuis 1956, où
le lit mineur était moins large et moins rectiligne
et les débordements en rive droite peut-être moins
fréquents.
Étiage 1972
��
��
��
Étiage 1976
��
Étiage 1965
��
��
Étiage 1960
aériennes) - Étiage 1954, étiage 1956, étiage 1960, étiage 1965, étiage 1972, étiage 1976 – Source : Bceom - Pont de Moundou - Rapport final - République du Tchad,
Septembre 1976 - 32p, cartes, plans, photos
Annexes
125
Consistance des travaux
Nécessité d’un entretien
Reprise des fondations des piles les plus menacées
• renforcement des 4 piles les plus affouillées par un
jeu de 4 pieux métalliques enfoncés obliquement et
soutenant un nouveau chevêtre pour chacune d’elles
Résultats obtenus et nécessité d’un
entretien
Le comblement des espaces entre les épis réalise leur
protection de fait : ils disparaissent et ne sont plus
exposés à l’action du courant, au moins dans leur
partie proche de la berge. Mais le pacage intensif dans
ce secteur humide laisse les sédiments plus ou moins
à découvert et permet leur reprise éventuelle en cas
de submersion ; les plantations de buissons ont été
détruites. Il y a conflit d’usage, difficile à contrôler
et à interdire.
Rétablissement d’une situation correcte
• piles consolidées,
• chenal recentré dans l’axe du pont et banc central
réduit,
• berge rive droite restaurée en amont du pont.
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��
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��
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��
��
��
Annexe 3.1 - Figure 3 : système d’épis construit en 3 phases, sur le fond de plan représentant l’état du lit
mineur avant leur construction (image inversée pour garder l’orientation précédente) – Source : Bceom - Pont de
Moundou - Rapport final - République du Tchad, ministère des Travaux Publics, des Mines et de la Géologie - Direction des Travaux Publics
- Septembre 1976 - 32p, cartes, plans, photos
Annexe 3.1 - Photo 1 : vue panoramique des épis et du lit mineur, prise depuis le remblai routier rive droite
vers l’amont – Source : Bceom - Pont de Moundou - Rapport final - République du Tchad, ministère des Travaux Publics, des Mines et de
la Géologie - Direction des Travaux Publics - Septembre 1976 - 32p, cartes, plans, photos
126 Cours d’eau et ponts
annexe 3.2
)
)
Détail pour le dimensionnement
des protections en
enrochement
Épaisseur de la couche
Diamètre des enrochements
On passe en fait par les poids d’enrochement qui ont
l’avantage d’un contrôle facile et sans contestation
possible (voir l’Annexe 3.2 - Tableau 1).
Si l’on retient le perré comme dispositif de protection,
il sera nécessaire de déterminer le diamètre des
enrochements à utiliser sur le fond plat, puis sur le
talus. Ce diamètre est donné par l’abaque d’Isbash dans
laquelle la vitesse à prendre en compte est Vc = a.V.
Avec
V : vitesse moyenne dans les parties droites égale au
Q
rapport
S
Q : débit
S : section mouillée
a : coefficient dû à la présence du coude égal à :
1.1 pour les coudes faibles (coudes 1 à 4 de
l’Annexe 3.2 - Figure 4).
1.4 pour les coudes for ts (coudes 5 à 8 de
l’Annexe 3.2 - Figure 4).
Sur le fond plat, le diamètre des enrochements sera
celui issu directement de l’abaque Isbash.
Sur le perré, le diamètre sera majoré par un coefficient
fonction du fruit du talus. Ce coefficient est donné
par l’abaque de l’Annexe 3.2 - Figure 5.
L’épaisseur de la couche est égale à deux fois le
diamètre de l’enrochement préconisé.
Blocométrie à mettre en place
La courbe granulométrique doit être située dans les
limites définies dans l’Annexe 3.2 - Figure 1.
Les poids de la sphère correspondante au diamètre
trouvé est calculé par la formule :
P=
p
6
γ’ D3
Minimal
(pas plus de 10 %)
50 %
égal ou supérieur à
Maximal
1/3 P
P = Poids matériau
8P
P = poids de la sphère de diamètre
= celui calculé pour l’enrochement
Annexe 3.2 - Tableau 1
��
��
��
��
��
�
�
��
��
�
��
��
Annexe 3.2 - Figure 1 – Source : Cete Méditerranée
Annexes
127
Couches de transition
Emplacement du perré
Elles sont nécessaires quand le terrain sur lequel repose
la couche de protection est constitué de matériaux
de diamètre beaucoup plus petit que ceux de la
protection.
On peut craindre alors que les particules de ces
matériaux emportées au travers de la carapace par
effet de turbulence ne provoquent des éboulements
et des discontinuités dans la protection, qui peuvent
à la longue entrainer sa destruction.
Les emplacements des perrés seront calculés grâce à
l’abaque de l’Annexe 3.2 - Figure 6.
Ces couches sont généralement constituées par du tout
venant de carrière de granulométrie continue.
On devra avoir (voir l’Annexe 3.2 - Tableau 2).
si dy est le diamètre tel que y % pondéré du matériau
lui soit inférieur.
si plusieurs couches s’avéraient nécessaires, on peut
aussi les définir puis les mélanger en une seule sur une
épaisseur de l’ordre de 0,50 m.
Dimension de la banquette de pied
Il n’existe pas de formules particulières pour
dimensionner ces banquettes, mais une règle générale
veut, qu’en cas d’affouillement, le volume de la
banquette soit tel qu’il permette, en s’enfonçant dans
la fosse d’affouillement, de contre-buter constamment
la couche d’enrochement.
Cette condition est obtenue si l’on donne à la
banquette un volume d’enrochement égal au
volume de la couche d’enrochement multiplié par la
profondeur de l’affouillement.
Les banquettes seront généralement logées dans une
tranchée de pied de section trapézoïdale.
Nota
Il ne faudra pas descendre en dessous de 20 cm d’épaisseur pour la
facilité de mise en oeuvre de ces couches.
D15 enrochements
<5
d85 terrain
D15 transition
d85 terrain
<5
Les conditions ci-contre
une fois remplies
Les conditions ciaprès le seront presque
obligatoirement
D50 enrochements
< 25
d50 transition
D50 enrochements
< 25
d50 transition
D15 enrochements
< 20
d15 transition
D15 transition
< 20
d50 terrain
Annexe 3.2 - Tableau 2
Calcul de la revanche
La revanche de la protection sur le niveau d’eau sera
calculée en fonction de la précision avec laquelle on
connaît h et en fonction de la surélévation de l’eau
dans le coude ∆h.
Cette surélévation est de la forme :
V2 L
∆h = C
2g Rm
où
∆
un coefficient lié à l’angle du coude et à la
forme du fond
h
la largeur de la rivière endiguée
C
la vitesse moyenne de l’écoulement L
V
le rayon de courbure R
l’accélération de la pesanteur
g
128 Cours d’eau et ponts
��
��
Annexe 3.2 - Figure 2 – Source : Cete Méditerranée
Seuils
Pour les cours d’eau qui présentent une tendance
prévisible à l’abaissement du profil en long du
fond du lit mineur, la mise en place de seuils en
enrochements libres ou liés au béton en aval des
appuis des ouvrages peut permettre de stabiliser
localement ce profil en long.
Filtres géotextiles
Les six fonctions élémentaires des filtres géotextiles
La séparation
Le géotextile (illustration 4), lorsqu’il assure une
fonction de séparation, est placé entre deux sols
très dissemblables par leur granulométrie, l’un fin
et l’autre plus grossier. Il a alors pour vocation de
conserver l’intégrité et les performances de chacun
des matériaux. Il empêche l’interpénétration des deux
milieux, sans être un obstacle à la circulation des
fluides. Cette fonction est essentiellement exploitée
pour les chaussées telles que pistes ou voies à faible
trafic pour y limiter l’orniérage, comme par exemple
en voirie forestière, ainsi que pour les couches de
forme, voies ferroviaires et sous les remblais sur sols
compressibles.
La filtration
Un géotextile jouant un rôle de filtre doit autoriser le
passage de l’eau perpendiculairement à son plan ; mais
pas celui des particules du sol. Le géotextile assurant
cette fonction doit être plus perméable que le sol
à filtrer. Ainsi, la filtration est un compromis entre
l’érosion interne du sol par perte de fines particules et
le colmatage du filtre qui peut causer une augmentation
de pression interstitielle dommageable à l’ouvrage.
Cette fonction est essentiellement recherchée pour
protéger les drains contre le colmatage, qu’ils soient
de nature granulaire, tubulaire ou géotextile. Des
géotextiles ont ainsi été utilisés dès 1970 dans des
barrages en terre. Cette fonction peut aussi être
recherchée pour la protection des berges contre
l’érosion ou le batillage ; dans ce cas, le géotextile est
placé sous un enrochement.
Le drainage
Lorsqu’il est utilisé en tant que drain, un géotextile
permet un écoulement dans son plan de pose. On
assimile dans ce cas le géotextile à un drain capable
de dissiper les pressions interstitielles, ainsi que de
collecter et de conduire les fluides vers un exutoire.
Cette fonction suppose aussi l’existence d’un filtre,
géotextile ou autre, limitant l’entraînement des
particules de sol. Comme les géotextiles se présentent
sous forme de nappes, la surface de contact avec les
sols à drainer est grande et donc leur possibilité de
captage d’eau est importante. Cette utilisation peut
en particulier concerner le drainage sous fondations,
sous remblai (sur sol compressible), dans le corps de
barrages en terre, entre un sol et un ouvrage tel que
mur vertical ou tunnel, ou en association avec une
géomembrane.
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��
��
��
��
��
��
��
��
Annexe 3.2 - Figure 3 : fonctions élémentaires des géotextiles
Source : J. Abèle (ministère de l’Écologie et du Développement durable)
Annexes
129
Le renforcement
Le géotextile utilisé en renforcement améliore la
résistance mécanique d’un massif de sol dans lequel il
est inclus. Le géotextile améliore à la fois la résistance à
la traction du massif et sa capacité à se déformer avant
la rupture. Le renforcement peut aussi concerner la
reprise de sollicitations sur un autre élément ou sur une
��
interface faible. C’est
le cas lorsque l’on recouvre une
géomembrane posée sur pente avec une couche de sol ;
il peut y avoir ruine soit par rupture en traction de la
géomembrane, soit ��
par glissement de la couche de sol.
Dans ce cas, un géotextile placé entre la géomembrane
et le sol permet la reprise des sollicitations. L’utilisation
des géotextiles��
en renforcement a pris de l’importance
au milieu des années 80 pour des ouvrages tels que les
murs de renforcement à talus vertical ou quasi-vertical,
les remblais de géométrie traditionnelle avec des sols
peu résistants, les radiers sous chaussées ou fondations,
sur sols compressibles ou karstiques.
��
��
��
��
��
La protection
��
��
Un élément sensible,
��comme une géomembrane,
est susceptible d’être endommagé par des éléments
poinçonnants (matériaux grossiers) ; par effet
��
dynamique ou statique.
Interposé entre un élément
sensible et des éléments poinçonnants, le géotextile
assurer une fonction de protection.
La lutte contre l’érosion
Le géotextile limite, dans ce cas, les mouvements
de particules de sol en surface, mouvements causés
par l’eau ou le vent. Plusieurs techniques sont
employées pour la lutte contre l’érosion. Un géotextile
��
relativement ouvert
maintiendra une couche de sol sur
la pente (couche superficielle à épaisse), un géotextile
fermé agira comme un matelas de protection. La
lutte contre l’érosion par géotextiles est en général
compatible avec des objectifs de végétalisation. Ces
deux techniques sont souvent associées. La protection
est alors principalement assurée par des produits
apparentés (fibres végétales, …) et concerne :
��
��
• les berges de canaux ou voies navigables soumises à
l’érosion fluviale (batillage) ;
• les torrents ou ouvrages hydrauliques particuliers
soumis à un écoulement turbulent ;
• les côtes soumises
à l’érosion maritime ou
��
éolienne ;
• les pentes, talus ou plates-formes exposés à l’érosion
��
pluviale.
��
��
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��
��
��
��
��
��
��
Annexe 3.2 - Figure 3 (suite) : fonctions élémentaires des géotextiles
Source : J. Abèle (ministère de l’Écologie et du Développement durable)
130 Cours d’eau et ponts
Les caractéristiques des géotextiles
Po u r u n e m p l o i e n d é f e n s e d e b e r g e , l e s
caractéristiques fonctionnelles du géotextile à
spécifier sont la permitivité, l’ouverture de filtration
et la masse surfacique.
La permitivité
La permitivité kn est la condition assurant le bon
passage de l’eau à travers le géotextile (cf. Annexe 3.2
- Tableau 3). Elle doit être de 103 à 105 fois (coefficient
A) le niveau de perméabilité du sol sous-jacent k s,
selon le niveau de sécurité exigé par l’ouvrage. kn est
défini par la formule suivante (avec e : épaisseur du
géotextile) :
(kn/e ) ≥ (A . ks)
L’ouverture de filtration
L’ouverture de filtration Of est la condition de rétention
du sol sous-jacent, tout en laissant passer le fluide.
Pour un géotextile donné, la valeur Of est le diamètre
minimum qu’un grain doit avoir pour être retenu
par le géotextile. Pour un sol donné (et sa répartition
granulométrique exprimée en dx), la détermination
de la valeur maximale d’ouverture de filtration du
géotextile se détermine en fonction du rapport
C u (C u = d 60 /d 10 ) et de sa densité relative D R
(cf. Annexe 3.2 - Tableau 4).
La masse surfacique
Même si la manutention des enrochements appelés à
recouvrir le géotextile doit être réalisée avec précaution,
la chute des blocs est, cependant, inévitable et il est
donc nécessaire de choisir un géotextile offrant une
bonne résistance aux risques de déchirure et de
poinçonnement, afin qu’il conserve ses caractéristiques
lors de la mise en œuvre. On ne dispose cependant
pas, pour éclairer un tel choix, d’un critère précis. La
présente recommandation résulte donc d‘essais réalisés
par le Cetmef et le Cete de Rouen, portant sur des
géotextiles tissés de bandelettes et d’autres non tissés,
aiguilletés de filaments continus, pour des chutes de
blocs de 20 à 200 kg et pour diverses hauteurs jusqu’à
2 m. Il en ressort que le géotextile doit avoir une
masse surfacique minimale de 50 g/m2.
Mise en œuvre et contrôle
Pour la mise en œuvre et le contrôle des géotextiles,
on se reportera à la norme expérimentale G 38.060
publiée par l’Afnor en juin 1994. En particulier,
certains géotextiles sont qualifiés Asqual, ce qui
assure la conformité des caractéristiques des produits
à la fiche du fournisseur et permet des contrôles de
réception réduits.
Ouvrages sensibles (digues, barrages en terre)
A = 105 m-1
Ouvrages courants (tranchées drainantes, drainage de talus ou de versant, protections de berge)
A = 104 m-1
Ouvrages sur sables propres (équivalent sable < 60, pourcentage d’éléments de diamètre
inférieur à 80 µ < 12 %)
A = 103 m-1
Annexe 3.2 - Tableau 3
Densité relative du sol DR
Sol de granulométrie
uniforme ( 1 < Cu ≤ 3 )
Sol de granulométrie étalée
( Cu > 3 )
Lâche
(DR < 50%)
Of < Cu . d50
Of < 9 . (d50 / Cu )
Intermédiaire
(50% ≤ DR ≤ 80%)
Of < 1,5 . Cu . d50
Of < 13,5 . (d50 / Cu )
Dense
(DR > 80%)
Of < 2 . Cu . d50
Of < 18 . (d50 / Cu )
Annexe 3.2 - Tableau 4
Annexes
131
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Annexe 3.2 - Figure 4 : Détermination de l’affouillement maximum. Perrés inclinés - Sécurité moyenne
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λ
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Annexe 3.2 - Figure 5 : Détermination du coefficient l suivant l’angle ou le fruit du talus
132 Cours d’eau et ponts
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λ
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Annexe 3.2 - Figure 6 : Détermination des zones d’affouillement sur le coude. Digues verticales et perrés inclinés
Annexes
133
annexe 3.3
Les protections transversales Les épis
Comportement hydraulique
Cas général
Le fonctionnement des épis repose a priori sur un
paradoxe, puisque ce sont des structures implantées en
travers du lit pour gêner l’écoulement fluvial :
• soit pour détourner le courant de sa trajectoire
naturelle (pour favoriser le creusement d’un chenal
par exemple),
• soit pour perturber le transit alluvial, en obligeant
la charge grossière à se déposer (pour reconstituer une
berge érodée par exemple).
Les épis peuvent être associés à des protections
longitudinales si la configuration du profil en travers
le nécessite (Annexe 3.3 - Figure 1).
Les épis sont donc des structures « anti-hydrauliques » :
ils représentent des obstacles à l’écoulement normal et
sont, par là même, fragiles, d’autant plus qu’ils doivent
également résister aux propres perturbations qu’ils
provoquent. Ce sont donc, en principe, des ouvrages
de caractère provisoire. En phase initiale, leur action
est souvent appuyée par des dragages (chenal-pilote
par exemple). À la longue, un épi ayant rempli son
office se retrouvera noyé sous les alluvions dont il aura
bloqué le transit.
À la seule exception de l’épi de rejet, il faut donc
considérer que les épis :
• risquent de bouger (intérêt d’une construction
déformable),
• ont, en cas de réussite, une durée de vie limitée,
• ne nécessitent donc pas un « fini » aussi soigné que
les protections de berge longitudinales (sauf les épis
courts solidaires d’une digue).
Le rôle assigné aux épis ne peut être que progressif.
Dans la mesure où une série d’épis donne satisfaction
(surtout pour favoriser les atterrissements), on est
assez fréquemment amené à prolonger chacun d’eux
pour parachever cette action bénéfique (Annexe 3.3 Figure 2). Les gabions et, mieux encore, les
enrochements se prêtent bien à cet allongement.
Par convention, on appelle « racine de l’épi » son
ancrage dans la berge et « tête de l’épi » son extrémité
vers le lit du courant.
Epis de rejet
L’épi de rejet se différencie fondamentalement de
tout les autres car il s’agit d’un ouvrage unique,
lourd et insubmersible, construit en gabions, en
enrochements ou, plus fréquemment, en béton ou
en maçonnerie.
Toujours orienté vers l’aval, il a pour objectif unique
de dévier le courant en toutes eaux :
• soit pour l’éloigner d’une rive sapée (Annexe 3.3 Figure 2),
• soit pour protéger de l’engravement une résurgence
de source (ex : Oued Guigou au Maroc),
��
��
�
��
��
��
Annexe 3.3 - Figure 1 : régulation d’un chenal par épis avec
protection longitudinale – Source : Cete Méditerranée
134 Cours d’eau et ponts
)
)
�
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��
�
��
Annexe 3.3 - Figure 2 : comblement d’une anse d’érosion par allongement
• soit pour le recentrer,
• soit pour le renvoyer sur la rive opposée, s’il y a une
raison majeure et que rien ne s’y oppose.
Efficace au plan hydraulique, mais constituant pour
l’écoulement une singularité et une perturbation,
il doit être largement dimensionné, d’une grande
résistance et ses conséquences sur l’évolution de la
stabilité du profil en aval doivent être soigneusement
évaluées.
Matériaux
Le choix des matériaux est vaste, sous réserve des
remarques suivantes :
• le béton et la maçonnerie sont pratiquement exclus
(sauf pour les épis de rejet) pour des raisons de coût
pour un ouvrage, en quelque sorte, aléatoire mais
surtout de trop grande rigidité pour une structure qui
doit s’adapter à des affouillements limités ;
• les gabions, de par leur souplesse relative, conviennent
assez bien mais, s’ils sont endommagés, ils ne sont pas
réparables ; la seule possibilité qui reste est, alors, de
garnir d’enrochements la structure défaillante ; sur
les rivières à fort charriage, où les galets risquent de
marteler le grillage, une solution consiste à tapisser
d’enrochements en tête et à face amont un corps
d’ouvrage en gabions ;
• les enrochements doivent être homothétiques et
de gros calibre car, contrairement aux protections de
berges longitudinales, aucune fixation de végétation
n’est à espérer ;
• dans les cas urgents, les débris les plus divers peuvent
aussi être employés (par exemple : pylônes électriques
couchés, remplis de cailloux et entourés de grillage à
maille fine).
Construction
N.B.
Les dispositions constructives fournies ci-après ne concernent pas les
épis de rejet
La ligne de faîte des épis ne doit jamais être
horizontale mais toujours plongeante. La hauteur
sur le fond de la tête (en rivière) doit être la plus
faible possible après travaux (0,50 m si possible,
1 m au maximum) : l’objectif essentiel est de ne pas
transformer l’épi en jetée. Si l’épi est réalisé en gabions,
son profil longitudinal comme son profil en travers
seront « en marche d’escaliers ». En rivière, l’épi doit
obligatoirement être fondé sur une semelle au risque
d’être, sinon, immanquablement affouillé.
La semelle doit être enterrée au niveau du plafond
alluvial ou, de préférence, légèrement au-dessous. Si la
technique de construction l’autorise, il y a tout intérêt
à la construire légèrement inclinée, en amont comme
en aval, ce qui donne une garantie supplémentaire
contre l’affouillement (Annexe 3.3 - Figure 3). En
cas d’utilisation de gabions-semelles, ceux-ci doivent
être disposés avec leur plus grande dimension dans le
sens du courant (disposition inverse à celle préconisée
pour leur emploi en défense de berge longitudinale).
Enfin, l’adjonction d’une sous-semelle augmente
la résistance des joints face à un éventuel risque de
rupture. A noter que si l’épi est en gabions entourés
��
��
�
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progressif des épis – Source : Cete Méditerranée
��
��
Annexe 3.3 - Figure 3 : inclinaison de la semelle d’un épi en amont
et en aval – Source : Cete Méditerranée
Annexes
135
d’enrochements, il faut enterrer de 0,50 m à 1 m la
première assise de gabions.
Il n’y a pas de règle précise de dimensionnement de
la largeur de la semelle. On trouve couramment les
dimensions suivantes :
• largeur de 5 m au droit de la berge (racine),
• débord constant de 3 m sur la face aval de l’épi,
• débord augmentant progressivement de 1 m (racine)
à 3 m (tête) sur la face amont.
Une surlargeur de la semelle en amont comme en
aval de la tête peut être réalisée : épis à tête-marteau
(Annexe 3.3 - Figure 6 et Annexe 3.3 - Figure 7). Cet
élargissement des têtes à vocation à favoriser l’ancrage
de la future berge. Si de tels épis sont très indiqués pour
favoriser la sédimentation, ils semblent peu adaptés à
la stabilisation de lits à écoulement torrentiel.
Il existe, également, d’autres types d’ouvrages
particuliers - parfois expérimentaux - ayant une vocation
et des caractéristiques particulières, comme :
• les épis à crochets (Annexe 3.3 - Figure 8), qui sont
une variante des épis à tête marteau et permettent
l’accélération des atterrissements dans les alvéoles de
sédimentation qu’ils délimitent (emploi, par exemple,
pour la protection du pont de Moundou, sur le Logone
au Tchad) ;
• les épis noyés, qui sont attenant à une digue basse
pour en éloigner le courant en formant, également,
une semelle de protection ;
• les épis perméables, testés exclusivement sur rivières
lentes à fort débit solide en suspension ; ils sont censés
avoir une action de colmatage sans beaucoup dévier
le courant ; constitués en matériaux divers (filets
métalliques sur armature, structures en bois lestés,
« jack » des anglo-saxons, « vaches » des indiens …),
ils supportent mal les chocs (c’est pourquoi ils sont, en
principe, orientés vers l’aval) et ils sont parfois détruits
par les embâcles de troncs et branches.
La nécessité de prévoir des tenons d’ancrage dépend
des conditions de tenue de la berge. Ils peuvent ne pas
être indispensables pour des épis de sédimentation sur
lit large, peu encaissé et boisé en berge. Ils le seront,
par contre, pour des épis destinés à éloigner le courant
d’une berge sapée, en étant largement enfoncés dans
la berge (de plusieurs mètres si nécessaire).
On trouvera, en Annexe 3.3 - Figure 4 et Annexe 3.3
- Figure 5, des exemples d’épis construits en
enrochements et en gabions.
136 Cours d’eau et ponts
Disposition
Les épis submersibles sont normalement orientés vers
l’amont, car des épis orientés vers l’aval rejetteraient,
par déversement, le courant contre la rive à protéger
(cf. Annexe 3.3 - Figure 9). En tronçons rectilignes ou
sub-rectiligne, leur orientation vers l’amont est de 10°
environ par rapport à la perpendiculaire aux berges
ou, de préférence, suivant un angle allant croissant de
5°, de 0° pour le premier épi (en partant de l’amont)
à 15° pour les derniers épis de la série (cf. Annexe 3.3
- Figure 9). Le premier épi, en effet, étant l’objet de
l’impact frontal du courant est très menacé et doit
être « surprotégé ». Pour la même raison, le premier
ou les premiers épis sont souvent plus courts que les
suivants, de façon à ce que l’effet de l’ensemble soit
progressif et ne crée pas de perturbation localisée.
Lorsque les deux rives sont traitées (régularisation,
création d’un lit de basses eaux, sédimentation pour
récupération de terres), il est impératif que les épis
soient placés face à face (cf. Annexe 3.3 - Figure 9), car
le contraire (c’est-à-dire en quinconce) engendrerait
un mouvement ondulatoire néfaste et incontrôlable.
A ces fins, il importe aussi que l’écartement entre deux
épis consécutifs ne soit pas trop important.
Si l’objectif est d’éviter qu’une anse d’érosion
ne s’agrandisse par sapement ou de la combler
par sédimentation, les épis seront disposés
perpendiculairement à l’axe du lit à reconstituer
ce qui, évidemment, les allonge et les fait rejoindre
la rive sous des angles divers. Pour résoudre ce
problème, il est possible de prévoir des épis coudés
de façon à ce que l’ancrage se fasse normalement
à la berge (épis à contre-épis : cf. Annexe 3.3 Figure 10), cette disposition étant toutefois plus
aisée à réaliser pour des épis en enrochements plutôt
qu’en gabions (problèmes d’assemblage au niveau
du coude).
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Annexe 3.3 - Figure 4 : épi en enrochements sur le Tech (Pyrénées Orientales - France) – Source : J. Abèle, F. Dégardin et C. Lecarpentier - Cours de
dynamique fluviale et travaux en rivières - École Inter-États d’ingénieurs de l’Équipement Rural - Ouagadougou, Burkina Faso, 2003
Annexes
137
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Annexe 3.3 - Figure 5 : épis en gabions – Source : J. Abèle, F. Dégardin et C. Lecarpentier - Cours de dynamique fluviale et travaux en rivières - École Inter-États
d’ingénieurs de l’Équipement Rural - Ouagadougou, Burkina Faso, 2003
138 Cours d’eau et ponts
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α
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Annexe 3.3 - Figure 6 : épis à contre épi et tête marteau en gabions – Source : J. Abèle, F. Dégardin et C. Lecarpentier - Cours de dynamique fluviale et travaux en
rivières - École Inter-États d’ingénieurs de l’Équipement Rural - Ouagadougou, Burkina Faso, 2003
Annexes
139
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Annexe 3.3 - Figure 7 : détail de la tête marteau en gabions – Source : Cemagref - Les ouvrages en gabions - Techniques rurales en Afrique - Ministère de la
Coopération et du Développement, France, 1992
��
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��
Annexe 3.3 - Figure 8 : épis à crochet – Source : Cemagref - Les ouvrages
��
Annexe 3.3 - Figure 10 : disposition des épis pour une
reconstitution de berge (N.B. : il n’a pas été installé ici d’épi de
rejet en tête de l’aménagement) – Source : Cemagref - Les ouvrages en gabions
en gabions - Techniques rurales en Afrique - Ministère de la Coopération et du
Développement, France, 1993
- Techniques rurales en Afrique - Ministère de la Coopération et du Développement,
France, 1995
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Annexe 3.3 - Figure 9 : disposition courante des épis en tronçon rectiligne (B = 10° ; E = 2L) – Source : Cemagref - Les ouvrages en gabions - Techniques
rurales en Afrique - Ministère de la Coopération et du Développement, France, 1994
140 Cours d’eau et ponts
annexe 3.4
Elle s’exprime alors de la manière suivante :
Estimation des risques
d’affouillement en pied des
appuis d’un pont (par la formule
PP / D = [ f1(U) ] . [ β . th ( Y / D ) . f2 ] . [ f3(α) ] . [ f4(x) ]
de H.N.C. Breusers et Al.)
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)
)
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��
��
Annexe 3.4 - Figure 1 : risques d’affouillement à prendre en
considération au droit des appuis d’un projet de franchissement de
vallée – Source : J. Abèle, F. Dégardin et C. Lecarpentier - Cours de dynamique
fluviale et travaux en rivières - École Inter-États d’ingénieurs de l’Équipement Rural
- Ouagadougou, Burkina Faso, 2001
avec :
D : largeur de la pile (ou diamètre pour une pile
circulaire) (m)
L : longueur de la pile (m)
Y : profondeur du plan d’eau amont (m)
U : vitesse moyenne amont (m/s)
U C : vitesse critique d’entraînement du sédiment
(m/s)
th : tangente hyperbolique
α : angle entre l’axe de la pile et le courant (en °)
x : valeur la plus faible de l’entraxe avec la pile ou la
culée voisine
d50 : diamètre moyen du matériau constitutif du lit
(en mm)
Évaluation des paramètres
Facteur d’intensité de courant f1(U) en fonction des
valeurs de U
U ≤ 0,5 UC
f1(U) = 0
0,5 UC < U < UC
f1(U) = [2 . (U/UC) - 1]
UC ≤ U
f1(U) = 1
Avec :
Uc = 1,58 . [(ϖs - ϖe) 0,5 . d50 0,333 . Y 0,167 . g 0,5
(ϖs et ϖe en t/m3)
(d50 et Y en m)
Facteur de sédiment β en fonction de d50 (Abèle [3-18]
à partir des travaux de Raudiki et al.(62)) :
Formulation
L’estimation directe de PP (= P2 + P3 + P4P) peut être
réalisée en utilisant la formule de H.N.C. Breusers
et al.(59) modifiée, avec le rajout du facteur d’entraxe f4(x)
proposé par Elliot et Baker (1985)(60) et du coefficient
de sédiment β proposé par Abèle (1999)(61).
Matériaux fins
(d50 ≤ 0,8 mm)
β=2
Matériaux grossiers
(d50 > 0,8 mm)
β = 2,4
Sans pavage du lit
En cas de pavage du lit
(59) H.N.C. Breusers et Al. – Local scours around cylindrical piers – Journal of
Hydraulic Engineering - Volume 15 - 1977
(60) K.R. Elliot et Al. – Effect of pier spacing on scours around bridges piers
- Journal of Hydraulic Engineering - Volume 111 n°7 – juillet 1985
(61) J. Abèle, F. Dégardin et C. Lecarpentier – Cours de dynamique fluviale
et travaux en rivières - Ecole Inter-Etats d’Ingénieurs de l’Equipement Rural
– Ouagadougou, Burkina Faso - 2001
β=3
(62) A.J. Raudkivi et al. – Scours at cylindrical bridege peirs in armored bed
- Journal of Hydraulic Engineering - Volume 111 n°4 – avril 1985
Annexes
141
Prise en compte des risques de passage en
charge
Facteur de forme f2
Pile circulaire
f2 = 1
Pile profilée
f2 = 0,75
Pile rectangulaire
f2 = 1,3
Facteur de l’angle d’attaque α du courant f3(α)
f3(α) est lu sur le graphique de la figure 2, en fonction
du rapport (L/D).
��
�
��
�
� ��
PCH = Y . {1,1 [(1 - (W/Y)) . (U/UC)] 0,6} - HB
avec :
UC : vitesse critique d’entraînement du sédiment et en
se référant à la figure 4 pour les autres paramètres.
�
��
�
��
�
��
�
Le passage en charge de l’écoulement sus l’ouvrage
peut être la cause d’une augmentation de la profondeur
des affouillements sous l’ouvrage, comme ont pu le
mettre en évidence E.R. Umbrell et al. [3-25], dans le
cas qu’ils ont étudié d’un écoulement en eaux claires
et d’un pont-cadre simple.
A défaut d’étude plus précise, des précautions
s’inspirant des résultats de leurs travaux peuvent être
mises en œuvre dans tous les cas de figures. En cas
de risque de passage en charge de l’écoulement sous
l’ouvrage, il conviendra donc de considérer qu’il faut
augmenter l’évaluation de la profondeur maximale
d’affouillement PC ou PP d’une quantité PCH,
calculée par :
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
��
�
�
��
��
��
��
��
��
��
��
α : ��
Annexe 3.4 - Figure 2 : abaque pour le facteur d’angle d’attaque
f3(α) – Source : H.N.C. Breusers et Al. – Local scours around cylindrical piers
Annexe 3.4 - Figure 4 : Paramètres pour un écoulement en charge
– Source : E. R. Umbrell et Al. - Clearwater contraction scour under bridge in pressure
– Journal of Hydraulic Engineering - Volume 15 - 1977
flow - Journal of Hydraulic Engineering- 1978
N.B.
Dans le cas d’un groupe de piles ajouré, prendre la somme de leurs
largeurs et de longueurs respectives pour définir la largeur D et la
longueur l
Nota
Ys = (PC + PCH) pour une culée [ou (PP + PCH) pour une pile]
Facteur d’entraxe f4(x) [3-22]
f4(x) est lu dans le tableau suivant, en fonction de
l’entraxe x défini selon le schéma de la figure 531, visà-vis de la culée ou de la pile la p lus proche :
(x/D) < 2
f4(x) = 2,79
2 ≤ (x/D) < 4
f4(x) = {1 + [1,79/((x/D) - 1)0,695]}
4 ≤ (x/D) < 7
f4(x) = 4,34 - [0,62 . (x/D)]
�
7 ≤ (x/D)
142 Cours d’eau et ponts
f4(x) = 1
�
�
Annexe 3.4 - Figure 3 : Définition de l’entraxe x – Source : H.N.C.
Breusers et Al. – Local scours around cylindrical piers – Journal of Hydraulic
Engineering - Volume 15 - 1978
annexe 3.5
RN 94 - Projet de déviation
d’Embrun (05) - Ouvrage de
franchissement de la Durance Étude morphodynamique
(2000-2005)
)
)
Rive gauche
Suite à un avis de l’Ingénieur Général en Ouvrages
d’Art, la Dde des Hautes-Alpes a confié au Cete
Méditerranée un diagnostic des études sur les ouvrages
d’art du projet de la déviation d’Embrun.
Banc repère
Le rapport du Cete Méditerranée daté de juillet
2000, comprend un avis hydraulique relatif au
franchissement de la Durance qui propose de
compléter le dossier hydraulique du projet par une
étude morphodynamique de la Durance dans le secteur
du franchissement.
Rive droite
L’étude morphodynamique réalisée en avril 2001
comprend :
• une analyse de la vallée de la Durance, établie à l’aide
de cartographies géomorphologiques réalisées par le
bureau d’études Agir à partir d’une interprétation
stéréoscopiques de prises de vue aérienne, d’une
reconnaissance de terrain et de rapports d’études
fournis par la Dde des Hautes-Alpes ;
• un avis morphodynamique qui estime les effets des
crues rares (centennales) à exceptionnelles (millénales)
de la Durance sur le projet actuel de franchissement
et propose des améliorations portant sur les ouvrages
de protection des appuis ou des modifications portant
sur l’implantation des appuis.
Les propositions faites au niveau du projet initial ont
été retenues par la Dde des Hautes-Alpes notamment
l’allongement de la portée de l’ouvrage d’art principal
permettant de sortir son appui rive gauche hors de la
zone de mobilité du lit actif de la Durance.
Les travaux de réalisation de l’ouvrage de franchissement
se sont terminés à la fin de l’année 2005.
Rive gauche
Annexe 3.5 - Photos 1 et 2 : vue rive droite au droit du
franchissement de la Durance – Source : Dde des Hautes-Alpes
Annexes
143
Rive droite
Rive gauche
Banc repère
Annexe 3.5 - Figure 1 : carte géomorphologique générale au 1/10.000ème – Source : Cete Méditerranée
Rive droite
Banc repère
Rive gauche
Annexe 3.5 - Figure 2 : carte géomorphologique localisé au droit du franchissement au 1/1.000ème – Source : Cete Méditerranée
144 Cours d’eau et ponts
Rive droite
Banc repère
Rive gauche
Annexe 3.5 - Figure 3 : plan du projet initial de franchissement au 1/1.000ème (octobre 2000) avec une ouverture biaise de l’OA4 de 189 m
– Source : Dde des Hautes-Alpes
Banc repère
Rive droite
Rive gauche
Annexe 3.5 - Figure 4 : plan du projet final de franchissement au 1/500ème (juin 2003) avec une ouverture biaise de l’OA4 de 255 m – Source :
Dde des Hautes-Alpes
Annexes
145
annexe 5.1
Calcul des protections dues aux
jets d’hélice
Afin de connaître la protection à assurer sur le fond
et les berges due au jet des hélices, on suit les étapes
suivantes :
Calcul de la vitesse du jet
��
s’il n’y a pas de tuyère
s’il y a une tuyère
Prise en compte de l’influence de la
présence d’un gouvernail
�
��
��
Annexe 5.1 - Figure 1 : définition des notations pour le jet d’hélice
Source : Cetmef
Le calcul le plus simple est fourni par Blaauw et Van
de Kaa. Compte tenu de la contraction du jet, le
diamètre de celui-ci au début du jet D0 est différent
du diamètre de l’hélice D, et la vitesse de l’eau au
début du jet est différente de la vitesse de l’eau au
niveau de l’hélice :
avec :
V0 vitesse de l’eau au début du jet (m/s)
VA vitesse d’avancée du bateau (m/s)
Kh coefficient de poussée sur l’hélice (-)
n vitesse de rotation de l’hélice (rad.s-1)
D diamètre de l’hélice (m)
et :
avec:
K t coefficient de poussée totale. Ce coefficient est
différent selon que l’hélice se trouve ou non dans une
tuyère :
Kt = Kh s’il n’y a pas de tuyère
Kt ≈ 2Kh s’il y a une tuyère
146 Cours d’eau et ponts
Remarque : si les coefficients de poussée, déterminés
par le constructeur de l’hélice, ne sont pas connus,
on peut estimer :
avec P puissance de l’hélice.
��
��
)
)
Le jet est séparé en deux jets de diamètre D0/√2 situés
dans le plan du gouvernail et dirigés vers le fond et la
surface suivant un angle de l’ordre de 12° avec l’axe de
l’hélice (si la vitesse d’avancé du bateau est nulle).
Calcul de la vitesse du jet au fond ou sur
les berges (à une distance donnée de
l’hélice)
Le seul paramètre est le coefficient de diffusion c. Les
auteurs des principaux résultats énumérés ci-dessus,
Blaauw et Van de Kaa ont obtenu à partir de modèles
réduits (1/80ème et 1/25ème) une valeur approximative
de c : c = 0,18, soit x0 = 2,8 D0.
La vitesse sur le fond et les talus est assimilée à la
vitesse aux mêmes points dans un jet libre. Le modèle
de jet diffusif est utilisé pour connaître cette vitesse V
en tout point du jet.
Calcul du diamètre des enrochements
protecteurs en fonction de cette vitesse
Sur le fond, le diamètre des enrochements à mettre
est :
�
�
��
��
��
��
�
��
�
avec le coefficient de traînée 0,06 < Ct < 0,11 et ψ
choisi entre 0,02 et 0,05. V est ici la vitesse du jet
calculée plus haut, Δ la densité des pierres déjaugée
(égale à densité moins 1).
Sur les talus, on introduit un terme correctif dépendant
de la pente du talus α :
��
��
��
Annexe 5.1 - Figure 2 : définition du modèle du jet diffusif
Source : Cetmef
On a :
Zone d’établissement du jet (x < x0) :
V(r,x) = V0
pour :
r<
D0
2
et
Dans les courbes, il faut définir la géométrie du
problème : distance du bateau à la berge, angle de
dérive (angle du bateau par rapport à sa trajectoire),
orientation du gouvernail. On détermine alors la
vitesse du jet V par utilise alors les formules exposées
ci-dessus.
- c.x
sinon
Zone de jet établi (x > x0) :
1 D0
Vm = V0 .
2c 2
avec :
Vm vitesse sur l’axe de l’hélice
avec :
x0
=
D0
2.c
Annexes
147
148 Cours d’eau et ponts
annexe 5.2
)
)
Note de calcul des protections des appuis provisoires du
viaduc de Richemond
Annexes
149
150 Cours d’eau et ponts
Sommaire
Préambule concernant la conception des ducs d’albe
152
Présentation et données du problème
153
a) Rappels de quelques éléments concernant le trafic fluvial sur la Moselle
153
b) Mesures d’exploitation envisagées au droit de l’ouvrage en construction
154
c) Disposition des appuis provisoires pour le nouveau pont
154
d) Présentation du dispositif de sécurité vis à vis du choc de navire
155
e) Caractéristiques géotechniques des sols et conséquences sur la fondation du dispositif de sécurité
156
f ) Niveau de protection souhaité pour les appuis provisoires
156
g) Hypothèses et données pour le calcul de l’énergie cinétique
157
II. Calcul de l’énergie absorbée par un pieu
159
a) Calcul élastique d’un tube parfaitement encastré
159
b) Calcul plastique d’un pieu.
160
c) Calcul plastique d’un tube encastré dans un sol élastique
165
III. Définition du dispositif de sécurité
166
a) Détermination du nombre de pieux
166
b) Disposition des pieux de protection
167
c) Plans de conception de principe
167
d) Estimation
168
Annexes
151
152 Cours d’eau et ponts
Annexes
153
154 Cours d’eau et ponts
Annexes
155
156 Cours d’eau et ponts
Annexes
157
158 Cours d’eau et ponts
Annexes
159
160 Cours d’eau et ponts
Annexes
161
162 Cours d’eau et ponts
Annexes
163
164 Cours d’eau et ponts
Annexes
165
166 Cours d’eau et ponts
Annexe 5.2 - Photo 1 : vue générale – Source : Dde de Moselle
Annexe 5.2 - Photo 2 : détail d’un
groupe de poteaux – Source : Dde de Moselle
Annexe 5.2 - Photos 3 et 4 : détails des éléments de transmission des efforts – Source : Dde de Moselle
Annexes
167
168 Cours d’eau et ponts
Références bibliographiques
Les textes sont cités dans l’ordre de leur apparition dans le guide.
• Loi sur l'eau du 3 Janvier 1992 et ses décrets d'application.
• Circulaire ministérielle (équipement) n°76-38 modifiée par la circulaire n°95-86 relative aux caractéristiques
des voies navigables.
• Partie 1-7 de l’Eurocode 1 : actions sur les structures - Actions générales - Actions accidentelles.
• Code de l’environnement du 18 septembre 2000.
• Directive du conseil n° 79/409/CEE du 2 avril 1979 concernant la conservation des oiseaux sauvages.
• Directive du conseil n° 92/43/CEE du 21 mai 1992 concernant la conservation des habitats naturels ainsi que
de la faune et de la flore sauvage.
• Arrêté du 16/11/2001 relatif à la liste des types d’habitats naturels et des espèces de faune et de flore sauvages
qui peuvent justifier la désignation de zones spéciales de conservation au titre du réseau écologique européen
Natura 2000.
• Circulaire DNP/SDEN n° 2004-1 du 5 octobre 2004 portant sur l’évaluation des incidences des programmes
et projets de travaux, d’ouvrages ou d’aménagements susceptibles d’affecter de façon notable les sites Natura
2000.
• Décret n°93-742 relatif aux procédures d’autorisation et de déclaration prévues par l’article 10 de la loi
n°92-30. du 3 janvier 1992.
• Décret n°93-743 relatif à la nomenclature des opérations soumises à l’autorisation ou de déclaration en
application de l’article 10 de la loi n°92-3 du 3 janvier 1992 sur l’eau. À titre d’information, les rubriques de la
nomenclature pouvant s’appliquer aux ponts sont les suivantes :
- 2.2.0 : rejet dans les eaux superficielles susceptible de modifier le régime des eaux,
- 2.3.0 : rejet de flux polluant dans les eaux superficielles,
- 2.3.1 : rejets de sels dissous dans le milieu aquatique,
- 2.5.0 : modification du profil en long ou en travers d’un cours d’eau,
- 2.5.2 : réduction de la luminosité dans le cours d’eau,
- 2.5.4 : installation, ouvrages, digues ou remblais en lit majeur d’un cours d’eau,
- 2.5.5 : consolidation ou protection de berges par des techniques autres que végétales,
- 4.1.0 : assèchement, mise en eau, imperméabilisation, remblais de zones humides.
• Règlement CE n°349/2003 de la commission du 25 février 2003 suspendant l’introduction dans la communauté
européenne de spécimens de certaines espèces de faune et de flore sauvage.
• Directive 2000/60/CE du parlement européen et du conseil du 23 octobre 2000 établissant un cadre pour une
politique communautaire dans le domaine de l’eau.
• Loi n° 2004-338 du 21 avril 2004 portant transposition de la directive 2000/60/CE du parlement européen
et du conseil du 23 octobre 2000 établissant un cadre pour une politique communautaire dans le domaine de
l’eau.
• Arrêté du 16 décembre 2004 modifiant l’arrêté du 17 avril 1981 fixant les listes des mammifères protégés sur
l’ensemble du territoire.
• Arrêté du 16 décembre 2004 modifiant l’arrêté du 7 octobre 1992 fixant la liste des mollusques protégés sur
le territoire métropolitain.
• Arrêté du 16 décembre 2004 modifiant l’arrêté du 22 juillet 1993 fixant les listes des amphibiens et reptiles
protégés sur l’ensemble du territoire.
• Arrêté du 16 décembre 2004 modifiant l’arrêté du 22 juillet 1993 fixant la liste des insectes protégés sur le
territoire national.
• Décret 2002-202 du 13 février 2002 modifiant le décret 93-743 du 29 mars 1993 (modification de la
rubrique 2.5.0 et création des rubriques 2.5.2 : luminosité dans ouvrages, 2.5.4 : ouvrage en lit majeur et 2.5.5 :
consolidation de berge).
• Circulaire DE/SDGE/BPIDPF-CCG/n°426 du 24 juillet 2002 du ministère de l’Écologie et du Développement
durable.
• Arrêtés (3) fixant les prescriptions générales applicables aux consolidations de berges, aux ouvrages en lit majeur
et à l’impact sur la luminosité.
• Circulaire DE / SDGE / BPIDPF-CCG / n° 426 du 24 juillet 2002.
Références bibliographiques
169
• Circulaire 76-38 relative aux caractéristiques des voies navigables, modifiée par la circulaire 95-86, ministère
de l’Équipement, 1er mars 1976 et 6 novembre 1995, disponible sur le site du Cetmef www.cetmef.equipement.
gouv.fr (rubrique « projets », projet « documents utiles pour les ouvrages de navigation intérieure »).
• Circulaire 2001-2 relative au guide du balisage des voies de navigation intérieure NOR : EQUT0110007C,
ministère de l’Équipement, 17 janvier 2001, disponible sur www.equipement.gouv.fr.
• Code européen de navigation intérieure, révision 2, Nations Unies - Commission économique pour l’Europe Comité des transports intérieurs - Groupe de travail des transports par voies navigables, 2002, disponible sur
www.unece.org/trans/doc/finaldocs/sc3/TRANS-SC3-115r2f.pdf .
• Directive européenne 2000/60/DCE du 23 octobre 2000.
• Circulaire DCE 2005/12 relative à la définition du « bon état » et à la constitution des référentiels pour les
eaux douces de surface (cours d’eau, plans d’eau), en application de la directive européenne 2000/60/DCE du
23 octobre 2000, ainsi qu’à la démarche à adopter pendant la phase transitoire (2005-2007).
Autres textes
• Instruction technique pour la surveillance et l'entretien des ouvrages d'art - Fascicules 2 « Généralités sur la
surveillance », 10 « Fondations en site aquatique », 20 « Zone d'influence - Accès - Abords ».
• Guide pour la commande et le pilotage des études d’Ouvrages d’Art - Sétra - novembre 1997.
• BAEL 91 - Révisé 99 Fascicule 62 - Titre I - Section I - Règles techniques de conception et de calcul des
ouvrages en béton armé suivant la méthode des états limites.
• Assainissement Routier - Guide Technique - Sétra - Octobre 2006.
• Encyclopédie de l’hydrologie urbaine et de l’assainissement - sous la direction de B. Chocat - Tec et Doc,
1997.
• De l’eau qui tombe à l’eau qui s’écoule. Processus de transferts à l’échelle des versants du bassin versant Hydrologie continentale, Partie III. - Claude Cosandey, Mark Robinson, Armand Colin - 2000.
• Guide Méthodologique pour le Pilotage des Études Hydrauliques - à paraître sous le double timbre du Metatm
(Dguhc) et du Medd (Dppr), piloté par le Cetmef et le Cemagref.
• Ecoulements permanents à surface libre en lits composés - Nicollet, G., and Uan, M. - La Houille Blanche 1979.
• Hydraulique Générale - Écoulements à surface libre régime permanent - A. Lencastre. Safege & Eyrolles 1995.
• Rapport de recherche Bridge Waterways Analysis Model - Federal HighWay Administrations (FHWA) 1986.
• Guide du ralentissement dynamique pour la prévention des inondations (www.ecologie.gouv.fr).
• Guide technique n°1 - la gestion des boisements de rivières - fascicule 1 : dynamique et fonction de la ripisylve Agence de l’Eau du Bassin Rhône Méditerranée Corse - Septembre 1998.
• Guide de protection des berges de cours d’eau en techniques végétales - Bernard Lachat - Ministère de
l’Environnement.
• Milieu aquatique : état initial et prévision d’impact dans les documents d’incidences - collection mise au point
Csp.
• Résolution CEMT 92/2 relative à la nouvelle classification des voies navigables - 1992 - disponible au
http://www1.oecd.org/cem/resol/waterway/wat922f.pdf.
• Sollicitations hydrodynamiques du talus sous fluvial des berges - Étude bibliographique - notice Cetmef Stc.
VN n°87-2 - octobre 1987.
• Rapport Ph. Jansen et J.B. Schijf - S.I.C. 1 - 18ème congrès Aipcn - Rome - 1953.
• Ship waves and the stability of armour layers protecting slopes - H.J. Verhey et M.P. Bogaerts - publication
n°428 - Laboratoire Hydraulique de Delft - présenté au 9ème congrès international « Harbour International
Congress », Anvers, Belgique, juin 1989, disponible au www.wldelft.nl.
• Erosion of bottom and sloping banks caused by the screw race of manœuvering ships - H.G. Blaauw et E.J.
Van de Kaa - publication n°202 - Laboratoire Hydraulique de Delft - 1978.
• Fahrdynamik von Binnenschiffen - Verein für Binnenschiffahrt und Wasserstraßen e.V. - novembre 1992.
170 Cours d’eau et ponts
• Layout and design of shallow draft waterways - Usace Engineer Manual n°EM-1110-2-1611 - 1980 - disponible
sur www.usace.army.mil/publications/.
• Inland navigation and canalization - M. S. Petersen - Usace Engineer Pamphlet n°EP-1110-2-14 - 1997 disponible sur www.usace.army.mil/publications/.
• Effets érosifs des jets d’hélice de bateaux sur les fonds et les talus des voies navigables - notice Cetmef ER.VN
n°85.1 - novembre 1985.
• CD-Rom ROSA 2000 « Recommandations pour le calcul aux états-limites des Ouvrages en Site Aquatique » Cetmef – 2001 - renseignements sur le site du Cetmef.
• Choc de bateau sur une pile de pont - Bulletin technique n°10 – Sétra Novembre 1970.
• Guide des techniques végétales – Vnf – 2003 - Sur demande auprès du département de l'eau et de l'environnement
de Vnf, producteur du guide (03.21.63.24.60).
• Fluvial n°149 - éditions de l’Écluse - février 2005.
• Fondations de pont en site aquatique en état précaire - Guide pour la surveillance et le confortement - Direction
des routes et de la circulation routière, Lcpc, Sétra - Décembre 1980.
• Prise en compte de la loi sur l'eau lors de la réalisation de chantiers - Cftr - Octobre 2004.
• L’exécution des fondations d’ouvrages d’art à l’abri de batardeaux et blindages en palplanches métalliques du
Cete de l’Ouest - 1986.
• Dimensionnement des ouvrages provisoires, blindages et batardeaux du Service Technique Central des Ports
Maritimes et des Voies Navigables (Notice Sct n° 77-1 de Mars 1977).
• Entretien des ouvrages d’art - Guide à l’usage des subdivisions - Direction des Routes - Janvier 2000.
• Guide méthodologique « Les études d’environnement dans les projets routiers » co-édité par le Sétra et le
Certu - octobre 1997.
• Guide nomenclature loi sur l'eau « Application aux infrastructures routières ».
• Surveillance et confortement des fondations d’ouvrage d’art en site aquatique - Aspect hydraulique (p. 41 à
48) - M. Ramette - La Houille Blanche n° 1 - 1982.
• Hydraulique des ouvrages de franchissement des vallées fluviales (p. 289 à 308)- G. Nicollet - La Houille
Blanche n° 4 - 1982.
• Les ouvrages en gabions - Techniques rurales en Afrique - Ministère de la Coopération et du Développement,
France - Cemagref - 1992.
• Bceom - Pont de Moundou. Rapport final - République du Tchad, ministère des Travaux Publics, des Mines
et de la Géologie - Direction des Travaux Publics - Septembre 1976 - 32 pages, cartes, plans, photos.
• Cours de dynamique fluviale et travaux en rivières - J. Abèle, F. Dégardin et C. Lecarpentier - Ecole Inter-Etats
d’Ingénieurs de l’Equipement Rural - Ouagadougou, Burkina Faso - 2001.
• Local scours around cylindrical piers - H.N.C. Breusers et Al. Journal of Hydraulic Engineering - Volume
15 - 1977.
• Effect of pier spacing on scours around bridges piers - K.R. Elliot et Al. - Journal of Hydraulic Engineering Volume 111 n°7 - juillet 1985.
• Scours at cylindrical bridges piers in armored bed - A.J. Raudkivi et Al. - Journal of Hydraulic Engineering Volume 111 n°4 - avril 1985.
• Clearwater contraction scour under bridge in pressure flow - E.R. Umbrell et Al. - Journal of Hydraulic
Engineering - février 1998.
• Etude des affouillements autour des piles de ponts - Chabert et Engeldinger - LNH Chatou - Série A - 1956
• Affouillements en pied de pont en milieu cohésif - G. Nicollet - Aihr - 15ème congrès - 1971.
• Théorie et méthodes de détermination des affouillements pour les ponts - J.P. Levillain - Enpc Formation 1998.
• Les affouillements et la protection des berges dans les coudes des rivières à fond mobile - C. Blanchet,
E. Morin - Sogreah et Ministère de l'équipement et du logement - 1971.
• Les affouillements et la protection des berges dans les coudes des rivières à fond mobile - Rapport de synthèse
de la Sogreah, Stcpmvn - 1990.
• Recommandations pour la restauration des ponts et autres ouvrages routiers - Conseil Supérieur de la Pêche mai 2006.
Références bibliographiques
171
Glossaire des termes techniques
Apb : Arrêté de Protection de Biotope. C’est un arrêté préfectoral qui protège un espace naturel et les espèces
animales et végétales qui y résident. La protection y est très stricte et tout projet d’aménagement traumatisant
quasiment systématiquement voué à l’échec.
Avifaune : ensemble des populations d’oiseaux d’un milieu.
Batrachoducs : passages aménagés pour que les batraciens puissent franchir sans mortalité les infrastructures
linéaires. Il s’agit en général de buses semi-enterrées.
Ccap : Cahier des Clause Administratives Particulières.
Cctp : Cahier des Clauses techniques Particulières.
Classe : unité taxonomique (de classement) des espèces animales et végétales.
Crpf : Centre Régional de Propriété Forestière
Csp : Conseil Supérieur de la Pêche : établissement public de l’État dont les missions sont la police de la pêche,
la recherche sur les espèces aquatiques et piscicoles en particulier et l’étude du fonctionnement des écosystèmes
aquatiques, devenu Onema.
Cyprinidés : famille de poissons regroupant une majorité des espèces d’eau douce. On distingue les cyprinidés
d’eaux calmes (carpe, brême…) qui affectionnent les courants lents et les eaux chaudes par opposition aux
cyprinidés d’eaux vives (goujon, chevesne…) qui préfèrent les eaux courantes et plus fraîches.
Diren : Direction Régionale de l’Environnement
Embranchement : unité taxonomique (de classement) des espèces animales et végétales.
Espèce végétale invasive : plante, en général exportée d’un autre continent, qui possède des facultés d’acclimatation
et de prolifération bien supérieure aux espèces locales ce qui crée des désordres biologiques à terme dans le milieu
(disparition des autres espèces).
Frayère : zone de reproduction des poissons
Génie végétal : technique des stabilisation des berges des cours d’eau basée sur le pouvoir fixant des végétaux
par le biais de leurs racines.
Hydromorphie : ensemble des caractères présentés par un sol évoluant dans un milieu engorgé par l’eau de façon
périodique ou permanente.
Itseoa : Instruction Technique pour la Surveillance et l’Entretien des Ouvrages d’Art.
Onema : Office National de l’Eau et des Milieux Aquatiques, cf. Csp.
Onf : Office National des Forêts.
Ppri : Plan de Prévention des Risques d’Inondations.
Ripicole : localisé sur les rives des cours d’eau.
Rivulaire - qualificatif désignant les organismes qui vivent et croissent dans les cours d’eaux ou sur leurs bords,
c’est-à-dire la zone humide des rives.
Rn : Réserve Naturelle : espace naturel protégé strictement de tout nouvel aménagement humain.
Sdage : Schéma Directeur d’Aménagement et de Gestion des Eaux. Créé par la Loi sur l’eau de 1992, c’est un
document cadre à l’échelle des grands bassins hydrographiques français qui oriente la politique de l’eau.
Sage : Schéma d’Aménagement et de Gestion des Eaux. Prolongement opérationnel du Sdage à l’échelle du sous
bassin, le Sage définit les mesures concrètes à appliquer localement pour gérer de manière intégrée les milieux
aquatiques.
Salmonidés : espèces de poissons qui affectionnent les eaux fraîches, courantes et bien oxygénées (saumon,
truite…).
Station : étendue de terrain de superficie variable accueillant une même espèce végétale.
Zico : Zone Importantes pour la Conservation des Oiseaux
Znieff : Zone Naturelle d’Intérêt Ecologique Faunistique et Floristique
Zps : Zone de Protection Spéciale
Zsc : Zone Spéciale de Conservation
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Cours d’eau et ponts
service d'Études
techniques
des routes
et autoroutes
Sétra
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télécopie :
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internet : www.setra.
equipement.gouv.fr
Ce guide s’adresse à la fois aux maîtres d’œuvre et maîtres d’ouvrage, ainsi
qu’aux concepteurs d’ouvrages d’art ; il a pour vocation à les assister dans
la conception des ouvrages de franchissement de cours d’eau et de leurs
ouvrages annexes, tels que les remblais d’accès. Son but est d’aider à la
compréhension des cours d’eau et de leurs hydrosystèmes, de présenter
l’ensemble des volets sur lesquels l’interférence entre l’ouvrage et le
milieu naturel est à prendre en considération, avec réciprocité possible
des impacts.
Document disponible au bureau de vente du Sétra
46 avenue Aristide Briand - BP 100 - 92225 Bagneux Cedex - France
téléphone : 33 (0)1 46 11 31 53 - télécopie : 33 (0)1 46 11 33 55
Référence : 0721 - Prix de vente : 24 €
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Conception graphique - mise en page : Eric Rillardon (Sétra)
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L’autorisation du Sétra est indispensable pour la reproduction, même partielle, de ce document
© 2007 Sétra - Dépôt légal : 3 ème trimestre 2007 - ISBN : 978-2-11-094626-3
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et Technique
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